Approximation et complexité paramétrée de problèmes d’optimisation dans les graphes : partitions et sous-graphes

Approximation and parameterized complexity of graph optimisation problems : partitions and subgraphs

• Auteur / Autrice : Rémi Watrigant
• Direction : Rodolphe Giroudeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 02/10/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphan Thomassé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rodolphe Giroudeau, Stéphan Thomassé, Frédéric Havet, Vangelis T. Paschos, Marin Bougeret, Mathieu Liedloff, Christophe Paul, Vassilis Zissimopoulos
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Havet, Vangelis T. Paschos

Mots clés

Mots clés contrôlés

Algorithmes

Approximation polynomiale

Optimisation combinatoire

Mots clés libres

Optimisation combinatoire

Approximation

Complexité paramétrée

Problèmes de graphes

Combinatorial optimization

Approximation

Parameterized complexity

Graph problems

Résumé

La théorie de la NP-complétude nous apprend que pour un certain nombre de problèmes d'optimisation, il est vain d'espérer un algorithme efficace calculant une solution optimale. Partant de ce constat, un moyen pour contourner cet obstacle est de réaliser un compromis sur chacun de ces critères, engendrant deux approches devenues classiques. La première, appelée approximation polynomiale, consiste à développer des algorithmes efficaces et retournant une solution proche d'une solution optimale. La seconde, appelée complexité paramétrée, consiste à développer des algorithmes retournant une solution optimale mais dont l'explosion combinatoire est capturée par un paramètre de l'entrée bien choisi. Cette thèse comporte deux objectifs. Dans un premier temps, nous proposons d'étudier et d'appliquer les méthodes classiques de ces deux domaines afin d'obtenir des résultats positifs et négatifs pour deux problèmes d'optimisation dans les graphes : un problème de partition appelé Sparsest k-Compaction, et un problème de recherche d'un sous-graphe avec une cardinalité fixée appelé Sparsest k-Subgraph. Dans un second temps, nous présentons comment les méthodes de ces deux domaines ont pu se combiner ces dernières années pour donner naissance au principe d'approximation paramétrée. En particulier, nous étudierons les liens entre approximation et algorithmes de noyaux.

The theory of NP-completeness tells us that for many optimization problems, there is no hope for finding an efficient algorithm computing an optimal solution. Based on this, two classical approaches have been developped to deal with these problems. The first one, called polynomial- time approximation, consists in designing efficient algorithms computing a solution that is close to an optimal one. The second one, called param- eterized complexity, consists in designing exact algorithms which com- binatorial explosion is captured by a carefully chosen parameter of the instance. The goal of this thesis is twofold. First, we study and apply classical methods from these two domains in order to obtain positive and negative results for two optimization problems in graphs: a partitioning problem called Sparsest k-Compaction, and a cardinality constraint subgraph problem called Sparsest k-Subgraph. Then, we present how the different methods from these two domains have been combined in recent years in a concept called parameterized approximation. In particular, we study the links between approximation and kernelization algorithms.