Résultats algorithmiques et structurels sur les cycles orientés dans les digraphes denses

Abstract

In this thesis, we are interested in some algorithmic and structural problems of (oriented) cycle packing in dense digraphs. These problems are mainly motivated by understanding the structure of such graphs, but also because many algorithmic problems are easy (i.e. resolvable in polynomial time) on acyclic digraphs while they are NP-difficult in the general case.More specifically, we first study the packing of cycles and the packing of triangles in tournaments. These problems are the two dual problems (from a linear programming point of view) of feedback arc/vertex set that have received a lot of attention in literature. Among other things, we show that there is no polynomial algorithm to find a maximum collection of cycles (respectively triangles) vertex or arc-disjoint in tournaments, unless P = NP. We are also interested in algorithms of approximations and parameterized complexity of these different problems.Then, we study these problems in the specific case where the tournament admits a feedback arc set which is a matching. Such tournaments are said to be sparse. Surprisingly, the problem remains difficult in the case of vertex-disjoint triangles, but the packing of triangles and the packing of arc-disjoint cycles become polynomial. Thus, we explore the approximation and parameterized complexity of the vertex-disjoint case in sparse tournaments.Finally, we answer positively to a structural conjecture on k-regular bipartite tournaments by Manoussakis, Song and Zhang from 1994. Indeed, we show that all digraphs of this non-isomorphic class to a particular digraph have for every p even with 4 leq p leq |V(D)| - 4 a C cycle of size p such that D V(C) is Hamiltonian.Dans cette thèse, nous nous intéressons à quelques problèmes algorithmiques et structurels du packing de cycles (orientés) dans les graphes orientés denses. Ces problèmes sont notamment motivés par la compréhension de la structure de tels graphes, mais également car de nombreux problèmes algorithmiques sont faciles (résolubles en temps polynomial) sur des graphes orientés acycliques alors qu'il sont NP-difficiles sur les graphes orientés en général.Plus spécifiquement, nous étudions dans un premier temps le packing de cycles et le packing de triangles dans les tournois. Ces problèmes sont les duaux (d'un point de vue programmation linéaire) des problèmes de feedback arc/vertex set qui ont reçu beaucoup d'attention dans la littérature. Nous montrons entre autres qu'il n'y a pas d'algorithme polynomial pour trouver une collection maximale de cycles (respectivement triangles) sommet ou arc-disjointe dans les tournois, sauf si P = NP. Nous nous intéressons également aux algorithmes d'approximations et de complexité paramétrée de ces différents problèmes.Nous étudions ensuite plus en détail ces problèmes dans le cas spécifique où le tournoi admet un feedback arc set qui est un couplage, appelé sparse. Étonnamment, le problème reste difficile dans le cas des triangles sommet-disjoints, mais devient polynomial pour les triangles et cycles arc-disjoints. Ainsi, nous explorons l'approximation et la complexité paramétrée du cas sommet-disjoints dans les tournois sparses.Enfin, nous répondons positivement à une conjecture structurelle sur les bipartis complets k-réguliers par Manoussakis, Song et Zhang datant de 1994. En effet, nous démontrons que tous les digraphes de cette classe non isomorphes à un digraphe particulier possèdent pour tout p pair avec 4 leq p leq |V(D)| - 4 un cycle C de taille p tel que D V(C) est hamiltonien