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一种在元素与颜色规模相近时的有效着色算法及其应用
  • ISSN号:0254-4164
  • 期刊名称:计算机学报
  • 时间:0
  • 页码:32-42
  • 语言:中文
  • 分类:TP301[自动化与计算机技术—计算机系统结构;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]中南大学信息科学与工程学院,长沙410083
  • 相关基金:本课题得到国家自然科学基金重点项目“生物信息学中的相关组合理论和算法研究”(60433020)、国家自然科学基金(60773111)、湖南省杰出青年基金(06JJ10009)、新世纪优秀人才支持计划(NCET-05-0683)和国家教育部创新团队资助计划(IRT0661)资助.
  • 相关项目:生物信息学中的相关组合理论和算法研究
中文摘要:

着色算法(color-coding)是求解NP难问题的重要手段之一.而在应用着色算法时,着色算法所产生的着色方案的规模极大地影响着问题的求解性能,故构造一个尽可能小的着色方案是着色算法所寻求的目标.目前存在的着色算法均基于完全散列函数,并要求元素数目n远大于颜色数目k,且k比较小,这个限制条件使得这些着色算法在一些实际情况下无法应用.该文主要研究在元素与颜色规模相近时(n≤2k)的有效着色算法,并着重分析在n≤2k情况下着色算法的性能.该文提出了一种基于划分思想的着色方案构造算法PBCC,证明了由PBCC产生的着色方案确实可以覆盖到所有的子集,并具体给出了可应用于(l,d)-(20,16)Motif查找问题的403种着色的构造方法.文章进一步分析了PBCC产生的着色方案规模,并证明了在n≤2k且n-k≥2的情况下,任何着色算法所产生的着色方案的规模|S(n,k)|都不小于([n/2]n-k)+[(n n-k)-([n/2] n-k)2^n-k]/(2^n-k-2).此外,文中也采用了渐进分析技术,证明了PBCC算法生成着色方案规模为O(e^2Rootof(e^x-e^μx+1)(n-k)在n=2k的情况下结果是O(2.62^n-k);同时,文中也证明了n≤2k情况下着色方案规模的下界为2^n-k.

英文摘要:

Color-coding is one of the most important solutions to those problems proved to be NP-Hard. The performance of those color-coding based algorithms principally depends on the scale of the coloring schemes generated by coloring algorithms they deploy. Therefore, the ultimate objective of coloring algorithm is to provide a coloring scheme as small as possible. All existing coloring algorithms are mainly based on perfect hash functions, requiring of the number of elements n far greater than the number of colors k, and k relatively small. This paper mainly focuses on the study of effective algorithms under the circumstance where the size of element set and color set are close (n≤2k) and the analysis of performance of coloring algorithm while n≤2k. This paper proposes a novel partition based algorithm PBCC, and proves that the coloring scheme generated by PBCC can cover all the subsets. A detailed method for constructing a (20, 16)-coloring scheme with size 403 which can be applied for (l,d)-(20,16) motif finding problem is also provided. Furthermore, this paper analyzes the scale of coloring schemes generated by PB- CC, and proves that while n≤2k and n=k≥2, no algorithm can create a coloring scheme with its size |S(n,k)| less than ([n/2]n-k)+[(n n-k)-([n/2] n-k)2^n-k]/(2^n-k-2) At last, using asymptotic analysis, it is proved that coloring scheme generated by PBCC is of size O(e^2Rootof(e^x-e^μx+1)(n-k), and it is 0(2.62^n-k) when n=2k. Also, it is showen that any coloring scheme with n≤2k will be larger than 2n-k.

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期刊信息
  • 《计算机学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国计算机学会 中国科学院计算技术研究所
  • 主编:孙凝晖
  • 地址:北京中关村科学院南路6号
  • 邮编:100190
  • 邮箱:cjc@ict.ac.cn
  • 电话:010-62620695
  • 国际标准刊号:ISSN:0254-4164
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1826/TP
  • 邮发代号:2-833
  • 获奖情况:
  • 中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国数学评论(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:48433