卡普的21个NP完全问题-问题描述

以下部分为卡普21个问题的名称(来自于维基百科https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%A1%E6%99%AE%E7%9A%84%E4%BA%8C%E5%8D%81%E4%B8%80%E5%80%8BNP-%E5%AE%8C%E5%85%A8%E5%95%8F%E9%A1%8C)

卡普的21个问题列表如下,多数以问题的原名,加上巢状排版表示出这些问题归约的方向。举例,背包问题(Knapsack)是NP-完全问题的证明,是从精确覆盖问题归约到背包问题,因此背包问题列为精确覆盖问题的子项。

  • 布尔可满足性问题(Satisfiability):对于布尔逻辑内合取范式方程式的满足性问题(一般直接叫做SAT)
    • 0-1整数规划(0-1 integer programming)
    • 分团问题(Clique,参考独立集)
      • Set packing(Set packing)
      • 最小顶点覆盖问题(Vertex cover)
        • 集合覆盖问题(Set covering)
        • Feedback node set(Feedback node set)
        • Feedback arc set
        • 有向哈密顿循环(卡普命名,现称Directed Hamiltonian cycle)
          • 无向哈密顿循环(卡普命名,现称Undirected Hamiltonian cycle)
    • 每句话至多3个变量的布尔可满足性问题(Satisfiability with at most 3 literals per clause, 3-SAT)
      • 图着色问题(Chromatic number)
        • 分团覆盖问题(Clique cover)
        • 精确覆盖问题(Exact cover)
          • Hitting set(Hitting set)
          • Steiner tree(Steiner tree)
          • 三维匹配问题(3-dimensional matching)
          • 背包问题(Knapsack)
            • Job sequencing(Job sequencing)
            • 划分问题(Partition)
              • 最大割(Max cut)
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问题描述:

布尔可满足性问题:

给定一个布尔方程, 判断是否存在一组布尔变量的真值指派使整个方程为真的问题

0-1整数规划

给定一个整数矩阵C和一个整数向量d,判断是否存在一个0-1向量x,使得Cx=d

分团问题

给定无向图G和正整数k,判定G中是否包含有大小为k的集团。

Set packing

给定一个有限集合S和一些S的子集,求问是否可以其中的k个子集,它们两两不相交。

最小顶点覆盖问题

给定图 G=(V,E)和数k,判定是否存在包含大小至多为k的顶点覆盖。

集合覆盖问题

给定全集U,以及一个包含n个集合且这n个集合的并集为全集的集合S。集合覆盖问题要找到S的一个最小的子集,使得他们的并集等于全集。

反馈点集问题

给定有向图H和整数k,判定是否存在集合R⊆V,其中有向图H中的每个有向环都包含R中的一个点。

反馈弧集问题

给定有向图H和整数k,判定是否存在集合S⊆E,其中有向图H中的每个有向环都包含E中的一个边。

有向哈密尔顿环

给定有向图H,判定其是否经过图中每个顶点且仅一次的回路。

无向哈密尔顿环

给定无向图G=(V,E),判定其是否经过图中每个顶点且仅一次的回路。

每句话至多3个变量的布尔可满足性问题

给定三元合取范式f,对布尔表达式f中的布尔变量赋值,是否可使f的真知为真。

图着色问题

给定无向图G=(V,E),用k中颜色为V中的每一个定点分配一种颜色,使得不会有两个相邻定点具有同一种颜色。

分团覆盖问题

给定无向图G’和整数k,判定N’是k的联合,并且是较少团。

精确覆盖问题

给定了一个全集S以及它的m个子集S1、S2、..Sm以后,要求出一组子集,使这组子集的并等于原来的全集S,且各子集两两不交。

Hitting set 问题

给定一个由 n 个元组组成的有限集合 S ={S1 , …, Sn}, 元组中的元素取自符号集 U ={u1 , …, um}, 判定集合U 是否存在一个子集 U′, U′≤k ,使得对于 S 中的任何一个元组 Si, 满足 Si ∩U′≠φ

Steiner tree 问题

给定无向图 G=(V E)及子集 R ⊆V 图中每条边权值wr∈R+。找出连接R中所有顶点且边权值之和最小的树。

三维匹配问题

存在一个集合 M W×X×Y ,并且 W X Y 为不想交的集合, |W|=|X|=|Y|=q 。判定是否存在一个集合 M' M ,使得 |M'|=q ,并且 M' W X Y 三维上不存在交集。

背包问题

给定的整数 Cj,j=1,2,...n和b,判定是否存在{1,2,...,n}的子集B,使得(C1+C2+...+Cj) =b

Job sequence问题

给定m个性能相同的处理器,n个作业J1,J2,…Jn,每个作业的运行时间t1,t2,…tn以及时间T,是否可以调度这m个处理器,使得他们最多在时间T里完成这n个作业。

划分问题

给定一个具有n个整数的集合S,是否能把S划分成两个子集S1和S2,使得S1中的整数之和等于S2中的整数之和

最大割问题

给定无向图G,有权函数w:A->Z。判定是否有集合S ⊆N使得:





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