A Combinatorial Characterization of the Testable Graph Properties: It’s All About Regularity Alon, Fischer, Newman, Shapira 2007.

Slides:



Advertisements
Apresentações semelhantes
Algoritmos de Caminho Mínimo em Grafos
Advertisements

Grafos eulerianos 1.
Decidibilidade e Indecidibilidade
Cortes (cut-sets)‏ 1.
Grafos Orientados (digrafos)
Árvores 2010/1 Teoria dos Grafos (INF 5037/INF2781)
Árvores CC/EC/Mestrado Teoria dos Grafos ‏ 1.
Grafo k-conexo Seja k um inteiro positivo. Diz-se que um grafo G é k-conexo em vértices quando não existe corte de vértices de tamanho menor que k Analogamente,
CC/EC/PPGI/UFES 2010/1 Teoria dos Grafos (INF 5037/INF2781) Conceitos Básicos.
DISTRIBUIÇÕES AMOSTRAIS
Algoritmos em Grafos.
Gustavo Sant´Anna Ferreira Rodrigo Ribeiro de Souza
Teoria dos Grafos – Aula 2
Geometria Computacional Galeria de Arte
ANÁLISE DISCRIMINANTE
Cortes (cut-sets)‏ 2010/2 Teoria dos Grafos (INF 5037/INF2781)‏ 1.
CC/EC/PPGI/UFES Teoria dos Grafos (INF 5037/INF2781) Coloração.
Percursos em um grafo 2010/1 Teoria dos Grafos (INF 5037/INF2781)
UFES CC/EC/Mestrado Teoria dos Grafos Árvores. UFES CC/EC/Mestrado Teoria dos Grafos Árvores Grafo Acíclico: não possui ciclos.
Conectividade e Separabilidade
Coloração Teoria dos Grafos (INF 5037/INF2781) 1.
Grafo k-conexo Seja k um inteiro positivo. Diz-se que um grafo G é k-conexo em vértices quando não existe corte de vértices de tamanho menor que k.
Conceitos Básicos CC/EC/Mestrado Teoria dos Grafos.
Algumas classes especiais de grafo
Algoritmo polinomial para geração de uma Árvore Geradora Mínima
1 Complexidade de Algoritmos Complexidade de pior caso Complexidade de melhor caso de uso bem menos freqüente em algumas situações específicas Complexidade.
Geometria Computacional Interseção de Segmentos
2002 LCG/UFRJ. All rights reserved. 1 Localização no Plano Claudio Esperança Paulo Roma.
NÃO DETERMINISMO Marcus Eduardo Cabral Seabra
Árvore Geradora de Peso Mínimo
Testes de Hipóteses Forma mais clássica de inferência estatística
Estatística Aplicada (Aula 4)
Aula 4: Matrizes e Operações Matriciais
Informática Teórica Engenharia da Computação
Baseado em: The Algorithm Design Manual Steven S. Skiena
CAPÍTULO I- TEORIA DAS PROBABILIDADE
Algoritmos em Grafos Conceitos principais Prof. André Renato
Informática Teórica Engenharia da Computação
Teoria dos Grafos Caminhos e Noção de Grafos com pesos
Teoria dos Grafos Definições e Terminologia
Finding and Evaluating Community Structure in Networks
Informática Teórica Engenharia da Computação
Informática Teórica Engenharia da Computação
Algoritmos em Grafos Árvores Geradoras Prof. André Renato
Exercícios PAA- Grafos
Aula 07 – Limite e Continuidade
Histórico, exemplos e problemas
Operações com grafos União Exemplo
O problema do emparelhamento máximo
Problemas de Fluxo Máximo
Graph Limits and Testing Hereditary Graph Properties Lovász, Szegedy 2006.
Redes Bayesianas – Inferência
Conceitos básicos em grafos
Inferência Estatística
Análise e Síntese de Algoritmos
Conexidade 1.
Redução.
3. Distribuições de probabilidade
DISTRIBUIÇÃO NORMAL.
Profº: Éder Jânio Francisco Gomes.  Grafos são assim chamados por poderem ser representados graficamente  Existe uma única maneira de desenhar um grafo?
Problemas NP-completos e Programação Dinâmica
Algoritmos FPT para o Problema da k-Cobertura por Vértices
Geometria Computacional Fecho Convexo
Mestrado em Informática
Exercícios de Fluxo em Redes
Celso C. Ribeiro Caroline T. Rocha
Algoritmos em Grafos Celso C. Ribeiro Caroline T. Rocha.
Grafos Prof. Miguel Gabriel Prazeres de Carvalho.
Informática Teórica Engenharia da Computação. REDUTIBILIDADE Uma redução é uma maneira de converter um problema em outro Uma redução é uma maneira de.
Transcrição da apresentação:

A Combinatorial Characterization of the Testable Graph Properties: It’s All About Regularity Alon, Fischer, Newman, Shapira 2007

Introdução Decision Problems: Distinguir entradas que satisfazem alguma propriedade P e entradas que não satisfazem Testing Problems: Distinguir entradas que satisfazem alguma propriedade P e entradas que estão longe de satisfazer Uma estrutura E é  -far(P) se uma fração  da representação de E deve ser modificada para que E satisfaça a propriedade P Exemplo: String x  {0,1} n é  -far(P) se   n símbolos precisam ser mudados para x satisfazer P [Goldreich-Goldwasser-Ron 96]: Propriedades de grafos densos. Representação por Matriz de adjacência: n 2 Uma grafo G é  -far(P) se é preciso adicionar ou remover pelo menos  n 2 arestas para que G satisfaça a propriedade P

Introdução Testador para P: Algoritmo aleatório T que realiza consultas do tipo “ (u,v) é uma aresta? ” e distingue, com alta probabilidade, se grafos satisfazem P ou são  -far(P)  G satisfaz P  Prob [ T aceitar G ] > 2/3  G é  -far(P)  Prob [ T rejeitar G ] > 2/3 Definição: Uma propriedade P é Testável se existe um Testador para P, que realiza f(  ) consultas nas arestas (independe da entrada). [Goldreich-Trevisan 99]: Toda propriedade Testável P possui um Testador canônico (não adaptativo): Conjunto aleatório Q com q(  ) vértices, consulta todas arestas em G[Q], aceita (deterministicamente) se e só se G[Q] satisfaz certa propriedade P’ (não necessariamente P).

Alguns Resultados [Rodl-Duke 86]: k-colorabilidade é testável Amostra aleatória S com polin(1/  ) vértices e verifica se é k-colorível [Goldreich-Goldwasser-Ron 96]:  -CUT é testável (possui corte de tamanho   n 2 ?) Amostra aleat. S com polin(1/  ) vértices e verifica se tem corte de tam. (  -  )|S| 2 [Alon-Duke-Leffman-Rodl-Yuster 92]: Para todo grafo H fixo, a propriedade H-free é testável. [Goldreich-Goldwasser-Ron 96]: Todo “problema de partição” é testável (k-colorabilidade, max-clique, max-cut...)

Caracterização [Goldreich-Goldwasser-Ron 96]: Quais propriedades são testáveis? Caracterização de propriedades testáveis de grafos (Testável se e só se ???) Fechada sob remoção de arestas?  [Goldreich-Trevisan 01] Não  Monótonas (remoção de vértices e arestas: k-colorabilidade) ?  [Alon-Shapira 05] Toda prop. monótona é testável  Hereditárias (remoção de vértices: grafos perfeitos) ?  [Alon-Shapira 05] Toda prop. hereditária é testável  Downscaling (hereditária  downscaling) ?    q(  ): G  -close(P), Q  V(G) aleatório, |Q|  q  G[Q] é (  +  )-close(P) com probabilidade 2/3  [Alon-Fischer-Newman-Shapira 07] Não Ferramenta principal: Lema da Regularidade de Szemerédi

Pares Regulares Par (A,B) é  –regular se todo par (A’,B’), A’  A, B’  B, onde |A’|   |A| e |B’|   |B| satisfaz d(A’,B’) = d(A,B)   A d(A,B) = d B |A’|   |A| |B’|   |B| d(A’,B’) = d   d(A,B) = e(A,B) / |A||B| Obs:  0  par  -regular “próximo” de grafo bipartido aleatório

Lema da Regularidade [Szemerédi 78]: Para todo k, , todo grafo pode ser particionado em k  t  LR(k,  ) subconjuntos V 1,…,V t de tamanhos “ iguais ”, tais que todos, exceto  t 2, pares (V i, V j ) são  –regulares  Todo grafo pode ser quebrado em um número constante(  ) de partes, tais que quase-todos(  ) os pares (V i,V j ) são pseudo- aleatórios(  )  Todo grafo pode ser descrito aproximadamente(  ) com complexidade constante(  )  Em muitas aplicações: k = 1 / 

Lema da Regularidade - Aplicação Remover arestas:  Dentro das partes  Entre pares não  -regulares  Entre pares esparsos (densidade  , por exemplo) Removendo  n 2 arestas, obtemos um grafo onde todos os pares são vazios ou  –regulares e “densos” Descrição aproximada(  ) do grafo em termos de um número constante(  ) de conjuntos e as densidades entre eles

Lema da Regularidade - Aplicação Esboço:   0 : se ( V 1,V 2,V 3 ) formam pares (    0 )-regular e “densos”, então contém “muitos” triângulos Intuição: A propriedade de um grafo ser livre de triângulo é testável. Estratégia geral: Seja G um grafo qualquer Suponha que G é  -far(livre  ’ s ) Lema da regularidade com   min(  0,  ) Remoção de   n 2 arestas Algum  sobrevive as remoções ( V 1,V 2,V 3 ) regulares e densos   f(  ) n 3  ’ s Sorteia 3 vértices: Prob. f(  ) de ser  Repete 1/f(  ) vezes V1V1 V3V3 V2V2

Instâncias de Regularidade Definição: Uma instância de regularidade consiste de 4 elementos:  ordem k  erro   conjunto de densidades 0   ij  1, para todo 1  i < j  k  conjunto de pares não regulares (i,j) de tamanho Um grafo satisfaz essa instância de regularidade se ele possui uma partição V 1,…,V k de tamanhos “iguais” tal que, para todo (i,j) , o par (V i, V j ) é  –regular e d(V i, V j ) =  ij Lema da Regularidade: Para todo k, , todo grafo satisfaz alguma instância de regularidade de ordem k  t  LR(k,  ), com erro 

Instâncias de Regularidade (testável)  Um grafo é livre de triângulo se e só se todas as instâncias de regularidade que ele satisfaz são livres de triângulos  Um grafo é k-colorível se e só se todas as instâncias de regularidade que ele satisfaz são k-coloríveis Porque não testar diretamente a propriedade de satisfazer alguma instância de regularidade? Teorema 1: Para toda instância de regularidade R, a propriedade de satisfazer R é testável.  Se pudermos “expressar” a propriedade P em termos de instâncias de regularidade, então P é testável TODAS? Infinitas Discretizar

Caracterização (Regular-Redutível) Definição: Uma propriedade P é regular-redutível se para todo  >0 existe conjunto de r(  ) instâncias de regularidade  (  ) ={R 1,…,R r } :  G satisfaz P  G é  –close( R i ), para algum R i    G é  –far(P)  G é (  -  )-far( R i ), para todo R i   Teorema 2: Uma propriedade de grafos é testável se e só se é regular-redutível  A propriedade de satisfazer uma instância de regularidade é a propriedade mais difícil de se testar

algumas demonstrações 1.Discretização (mantém densidade, piora regularidade) 2.Discretização (mantém densidade, melhora regularidade) 3.Discretização (aplicação) 4.Contagem de subgrafos 5.Testável  Regular-Redutível

Discretização – Lema 3.2 Lema 3.2:     (A,B) (  +  )-regular  (A,B) (  +2  )-regular d(A,B) =   d(A,B) =  |A| = |B| = m  m 3.2 ( ,  )   2  m 2 alterações nas arestas Prova: d(A,B) =  +p, onde |p|  . Suponha p > 0. (A’, B’) tamanho (  +2  )m  d(A’, B’) =  +p  (  +  ) Remove pm 2 arestas   + p –  –  – (pm 2 / |A’||B’|)  d 1 (A’, B’)   +p+  +  Se p   (  +2  ) 2   –  –  – (  )  d 1 (A’, B’)   +  +2   d 1 (A’, B’) =   (  +2  ) Lema Ok

Discretização – Lema 3.2 Lema 3.2:     (A,B) (  +  )-regular  (A,B) (  +2  )-regular d(A,B) =   d(A,B) =  |A| = |B| = m  m 3.2 ( ,  )   2  m 2 alterações nas arestas Prova: d(A,B) =  +p, onde |p|  . Suponha p >  (  +2  ) 2 (Passo 1) Remove com prob. p/(  +p) cada aresta entre A e B. Número esperado de remoções: p/(  +p) d(A,B)m 2 = pm 2   m 2 Valor esperado para d(A,B): d 1 (A,B) =  Desigualdade de Chernoff: Prob [ |X-E(X)|   n ]  2exp{-2  2 n}, onde X é a soma de n variáveis 0–1 aleatórias n grande  erro pequeno n é o número de arestas entre A e B  (  +p)m 2 >  (  +2  ) 2 m 2 Tomando m  m 3.2 ( ,  ) Prob [d 1 (A,B) =   m -0.5 ]  3/4 Prob [N  remoções  1.5  m 2 ]  3/4

Discretização – Lema 3.2 Lema 3.2:     (A,B) (  +  )-regular  (A,B) (  +2  )-regular d(A,B) =   d(A,B) =  |A| = |B| = m  m 3.2 ( ,  )   2  m 2 alterações nas arestas Prova: d(A,B) =  +p, onde |p|  . Suponha p >  (  +2  ) 2 (Passo 1) Remove com prob. p/(  +p) cada aresta entre A e B. (Passo 2) Remove ou Adiciona  m -0.5 m 2 = m 1.5 arestas  d 2 (A,B) =  (prob. 3/4) Alterações nas arestas:  m  m 2  2  m 2 (A’, B’) tamanho (  +2  )m  d(A’, B’) =  +p  (  +  ) Após passo 1: E [ d 1 (A’, B’) ] = (  +p  (  +  )) (1 – p/(  +p)) =   (  +  ) Prova-se: d 1 (A’, B’) desvia   /2 com prob. 3/4,  (A’,B’) Como d 2 (A’, B’) muda  m 1.5 /(  +2  ) 2 m 2   /2 para m  m 3.2 ( ,  ) Logo (A,B) é (  +2  )-regular com prob. 1/2 Prob [d 1 (A,B) =   m -0.5 ]  3/4 Prob [N  remoções  1.5  m 2 ]  3/4 Ok

Discretização – Lema 3.2 Lema 3.2:     (A,B) (  +  )-regular  (A,B) (  +2  )-regular d(A,B) =   d(A,B) =  |A| = |B| = m  m 3.2 ( ,  )   2  m 2 alterações nas arestas Prova: d(A,B) =  +p, onde |p|  . Suponha p >  (  +2  ) 2 Se p < 0: (Passo 1) Adiciona (ao invés de remover) com prob. p/(1-  +p) … Ok (Passo 1) Remove com prob. p/(  +p) cada aresta entre A e B. Provar: d 1 (A’, B’) desvia   /2 ? SE d(A’, B’)   /2  d 1 (A’, B’) muda   /2 Ok SE d(A’, B’) >  /2  > (  /2) (  +2  ) 2 m 2 arestas em (A’, B’) Chernoff  d 1 (A’, B’) desvia >  /2 com prob. ≤ 2 exp{ – 2(  /2) 2 (  /2) (  +2  ) 2 m 2 } Menos de 2 m 2 m possíveis pares (A’, B’) + m  m 3.2 ( ,  )  d 1 (A’, B’) desvia   /2 com prob. 3/4,  (A’,B’) Ok Ok

Discretização – Lema 3.3 Lema 3.3:     (A,B) (  +  )-regular (  m)  (A,B)  -regular d(A,B) =   d(A,B) =  |A| = |B| = m  m 3.3 ( ,  )   (3  /  )m 2 alterações nas arestas Prova: (Passo 1) Selecionar com prob. p = 2  /(  +  ) os pares de vértices que serão alterados (Passo 2) Entre esses, “ligar” com prob. , senão, “desligar” N  alterações  N  pares selecionados = Bi(m 2, 2  /(  +  )) Chernoff  N  alterações desvia > (  /2)m 2 com prob. 2 exp{–2(  /2) 2 m 2 } m  m 3.3 ( ,  )   pm 2 + (  /2)m 2  (2.5  /  )m 2 alterações com prob. 5/6 Ok E[ e 1 (A, B) ] = (1–  )m 2 [p  ] +  m 2 [1– p + p  ] =  m 2 Chernoff  e 1 (A, B) desvia  m 1.5 prob. 5/6, para m  m 3.3 ( ,  )  d 1 (A, B) =   m -0.5 prob. 5/6  Remove ou Adiciona  m -0.5 m 2 = m 1.5 arestas Ok

Discretização – Lema 3.3 Lema 3.3:     (A,B) (  +  )-regular (  m)  (A,B)  -regular d(A,B) =   d(A,B) =  Ok |A| = |B| = m  m 3.3 ( ,  )   (3  /  )m 2 alterações nas arestas Ok Prova: (Passo 1) Selecionar com prob. p = 2  /(  +  ) os pares de vértices que serão alterados (Passo 2) Entre esses, “ligar” com prob. , senão, “desligar” (Passo 3) Remove ou Adiciona  m -0.5 m 2 = m 1.5 arestas (A’, B’) tamanho  m  Seja d’ = d(A’, B’) =   (  +  ) E[ e 1 (A’,B’) ] = (1– d’)|A’||B’| [p  ] + d’|A’||B’| [1– p + p  ] = |A’||B’| [p  ] + (   (  +  )) |A’||B’| [1– p] = [    +  – p(  +  )] |A’||B’| = [   (  –  )] |A’||B’| Chernoff  e 1 (A’, B’) desvia ≥ (  /2) |A’||B’| prob. 2exp{-2(  /2) 2 (  m) 2 } m  m 3.3 ( ,  ) +  2 m 2 m (A’,B’)  d 1 (A’, B’) =   (  -  /2)  (A’,B’) prob. 5/6 m  m 3.3 ( ,  )  m 1.5 / (  m) 2   /2  d 1 (A’, B’) =    Ok Ok

Discretização – Final Lema 3.1:     (A,B) (  +  )-regular  (A,B)  -regular d(A,B) =   d(A,B) =  |A| = |B| = m  m 3.1 ( ,  )   (50  /  2 )m 2 alterações nas arestas Prova: Lema 3.2  (A,B) (  +2  )-regular, d(A,B) = , (2  )m 2 alterações (A’, B’) tamanho  m  d(A’, B’) = [   (  +2  )] (  +2  ) 2 m 2 / (  m) 2  d(A’, B’) = [   (  +2  )] (1+2  /  ) 2  d(A’, B’) =   (  +14  /  )  (A,B) é (  +14  /  )-regular (  m) Lema 3.3  (A,B)  -regular, d(A,B)= , [(2.5)(14  /  )/  ]m 2 = (42  /  2 )m 2 alterações

Discretização – Aplicação Lema 3.5: Seja R uma instância de regularidade de ordem k, erro , densidades  ij e conjunto de pares não regulares. Se um grafo G possui uma partição V 1,…,V k de tamanhos “iguais” tal que: 1. d(V i, V j ) =  ij   2  /50,  i<j 2. (V i, V j ) é (  +  2  /50)–regular,  (i,j)  Então G é  –close(R) Lema da Regularidade: Para todo k, , todo grafo satisfaz alguma instância de regularidade de ordem k  t  LR(k,  ), com erro  Tome todas as instâncias de regularidade com erro , ordem k  t  LR(k,  ) e densidades  ij em {0, , 2 , 3 ,…,1}, para  =  2  /50. Todo grafo é  –close de algumas delas

Contagem de Subgrafos Induzidos Instância de regularidade R h : ordem h, erro , densidades  ij e conjunto. Grafo G: Satisfaz R h com partição (V 1,…,V h ), tamanhos m Grafo H com h vértices Permutação  :[h]  [h] IC(H,G,  ): número de cópias induzidas de H em G, segundo  Lema 4.4:  :   =  4.4 ( ,h): IC(H,G,  ) = (ICd(H,R h,  )   ) m h IC 1 (H,G): número de cópias induzidas de H em G com 1 vértice em cada V i Lema 4.6:  :   =  4.6 ( ,h): IC 1 (H,G) = (ICd(H,R h )   ) m h V1V1 V2V2 V3V3 VhVh … Grafo G Grafo H

Contagem de Subgrafos Induzidos Instância de regularidade R k : ordem k, erro , densidades  ij e conjunto Grafo G: Satisfaz R k com n vértices Grafo H com h  k vértices IC(H,G): número de cópias induzidas de H em G Lema 4.8: , q:   =  4.8 ( ,q), k = k 4.8 ( ,q):  h  q: Idéia: Sorteia h vértices  2 vértices no mesmo conjunto:  Par de vértices em par não regular: V1V1 V2V2 V3V3 V k-2 V k-1 VkVk … Depois Aplica Lema 4.6 com  / 3

Testável  Regular Redutível Lema 4.1: Toda propriedade testável de grafos é regular-redutível Prova: Fixe  < 0.1 e n.   testador canônico T para P, complexidade q = q(  )  G n satisfaz P  Prob [ T aceitar G n ] > 2/3  G n é  -far(P)  Prob [ T rejeitar G n ] > 2/3 Seja A := { grafos H q tais que T aceita H q } Lema 4.8,  H q  A, com q e  A =  k = k 4.8 (  A, q),  =  4.8 (  A, q) Se G satisfaz uma instância de regularidade R k,   Lema da regularidade para k,   LR (k,  ) Seja I := Todas as Instâncias de regularidade de ordem k  t  LR(k,  ), erro  e densidades  ij em {0,   2 /50q 2, 2   2 /50q 2, 3   2 /50q 2,..., 1} Instâncias usadas na redução:

Testável  Regular Redutível Lema 4.1: Toda propriedade testável de grafos é regular-redutível Prova:. ordem k  t  LR(k,  ), erro   ij  {0,   2 /50q 2, 2   2 /50q 2,..., 1} Se G satisfaz P  T aceita G prob. 2/3  q-conjuntos de G induzem H  A Regularidade  G satisfaz instância de regularidade de ordem k  t  LR(k,  ), erro  Lema 3.4  G é  / q 2 -close(R), para R  I Remove/Adiciona ≤(  /q 2 ) n 2 arestas de G  Remove H  A  G possuirá H  A  R   Se G é  –far(P),  >  : Suponha G (  -  )-close(R), para algum R    G é (  -  )-close(G * ), onde q-conjuntos de G * induzem H  A  T aceita G * com prob. 1/3+   G * não é  –far(P), senão T rejeitaria com prob. 2/3  G não é  –far(P) Contradição

algumas aplicações 1.Livre de Triângulo é Testável 2.k-colorabilidade é Testável 3.Isomorfismo NÃO é testável

Livre de Triângulo é Testável Provar que Livre de Triângulo (LT) é Regular-Redutível Fixe  e  = min{ ,  4.6 ( ,3)}  : instâncias de regularidade R com erro , ordem 1/   t  LR( 1/ ,  ):  densidades  ij  {0, , 2 , 3 ,..., 1}, para  =  2  / 100  não existe V i, V j, V k com densidades  ij,  ik,  jk, todas positivas Se G é  –far(LT),  >  : Suponha G (  -  )-close(R), para algum R   G satisfaz R com  (  -  )n 2 modificações nas arestas Remove as arestas internas G está Livre de Triângulo (LT) com   n 2 modificações. Contradição Suponha que G é Livre de Triângulo (LT) LReg: G satisfaz instância de regularidade com erro  e ordem 1/   t  LR( 1/ ,  ) Lema 4.6: não existe V i, V j, V k com densidades todas   (senão teria muitos  s) Remove as arestas dos pares com densidade <    (  /2)n 2 remoções Lema 3.5:  ij  {0, , 2 ,...,1}, para  =  2  / 100  G * é (  /2)-close(  )  G é (  )-close(  )

k-colorabilidade é Testável Provar que k-colorabilidade (kCor) é Regular-Redutível. Fixe   : instâncias de regularidade R com erro , ordem 1/   t  LR( 2k/ ,  ):  densidades  ij  {0, , 2 , 3 ,..., 1}, para  =  3 / 100  O grafo reduzido T(R) de R é k-colorível: (i,j) é aresta   ij > 0 Se G é  –far(kCor),  >  : Suponha G (  -  )-close(R), para algum R   G satisfaz R com  (  -  )n 2 modificações nas arestas Remove as arestas internas G está k-colorível (kCor) com   n 2 modificações. Contradição Suponha que G é k-colorível (kCor) Tome uma k-coloração V 1,…,V k de G Quebre V i em U ij ’s de tam (  /2k)n  “resto” vai p/ conjunto Lixo de tam  (  /2)n LReg: G satisfaz instância de regularidade R com erro  e ordem 1/   t  LR(2k/ ,  ), que “refina” a partição dos U ij ’s (ou seja, também não tem arestas internas)  Remove arestas do Lixo   (  /2)n 2 remoções  T(R * ) é k-colorível Lema 3.5:  ij  {0, , 2 ,...,1}, para  =  3 / 100  G * é (  /2)-close(  )  G é (  )-close(  )

Isomorfismo NÃO é Testável Caso particular: Propriedade P J := Isomorfismo p/ grafo J  G(n,0.5) Provar que P J não é testável, com prob. 1-o(1) Chernoff: subgrafo bipartido o(n) vértices tem densidade  0.5, com prob. 1-o(1) Suponha que J satisfaz essa propriedade e P J é regular-redutível Tome  suf. pequeno e seja  (  ) o conjunto de instâncias de regularidade Tome G isomórfico a J  G é  -close(R), para R   com ordem k e densidades  ij  0.5 Seja B um grafo aleatório k-partido V 1,…,V k, tamanhos n/k, onde d(V i,V j )=  ij  B é  -close(R) com prob. 1-o(1)  ij  0.5  B é  –far(P J ), para algum  >2  fixo, com prob. 1-o(1) Como P J é regular-redutível, B deveria ser (  -  >  )-far(R) Contradição  P J não é regular-redutível  P J não é testável

outras demonstrações 1.Amostras em Partições Regulares 2.Satisfazer Instância de Regularidade é Testável 3.Regular Redutível  Testável

Amostras em Partições Regulares Grafo G, Amostra Q com O(1) vértices  Com alta prob., G e G [Q] satisfazem as mesmas instâncias de regularidade Lema 5.2:  k,  :  q=q 5.2 (k,  ) : Grafo G e amostra Q com q vértices: com probabilidade 2/3 Se G satisfaz instância de regularidade R de ordem k, então, G[Q] satisfaz instância de regularidade R Q de ordem k igual,  –similar a R E vice-versa  ij Q =  ij   (V i,V j )  -regular  (V i Q,V j Q ) (  +  )-regular

Instâncias de Regularidade (testável) Teorema 1: Para toda instância de regularidade R, a propriedade de satisfazer R é testável. Prova: Grafo G + Instância R (ordem k, erro , densidades  ij ) Algoritmo toma amostra Q com q vértices, q=q( ,,k,  ) suf. grande (independe de G), e aceita se e só se G[Q] é (  4  /200k 2 )-close(R) Se G satisfaz R:  Lema 5.2 com q > q 5.2 (k,  6  /10 4 k 2 ), com prob. 2/3  G[Q] satisfaz R Q com densidades  ij   6  /10 4 k 2 e erro  +  6  /10 4 k 2  Lema 3.4  G[Q] é (  4  /200k 2 )-close(R) OK Se G é  –far(R) : Suponha G[Q] (  4  /200k 2 )-close(R) (  4  /200k 2 )q 2 modificações  G[Q] * satisfaz R com uma equipartição (U 1,…,U k ):  U i ’  U i, U j ’  U j, |U i ’|   |U i |, |U j ’|   |U j |  d * (U i, U j ) =  ij  d * (U i ’,U j ’) =  ij   Lema 5.2 com q > q 5.2 (k,  4  /200k 2 ), com prob. 2/3 G satisfaz inst.reg. com densidades [  ij  (  4  /200)]   4  /200k 2 e pares (V i, V j ) (  +  2  /100 +  4  /200k 2 )-regular Lema 3.5: G é  –close(R) Contradição  G[Q] (  4  /200k 2 )-far(R) OK  d(U i, U j ) =  ij  (  4  /200)  d(U i ’,U j ’) =  ij  (  +  2  /200)  (U i,U j ) em G[Q] é origin. (  +  2  /100)-regular   ij  (  2  /50)  (  +  2  /50)-regular  Testa tudo em O(1)

Regular Redutível  Testável Fixe  e uma propriedade P regular-redutível Tome  =  /4 e  (  ) o conjunto de r=r(  ) instâncias de regularidade para  =  /4 Teorema 1   R  , “satisfazer R” é testável [FN05]   R  ,  Alg 1 que distingue grafos (  /4)-close(R) e (3  /4)-far(R), com probab. 2/3, realizando q(  ) consultas Repete Alg 1 várias vezes   Alg 2 com prob. 1-1/3r escolhendo a resposta mais dada Testador Alg 3 para P: Roda Alg 2  R   Alg 3 aceita, se Alg 2 aceita para algum R. Caso contrário, Alg 3 rejeita. P regular-redutível: Tome  =  /4 e  (  ) Se G satisfaz P  RR G é (  =  /4)-close(R), para algum R    Alg 3 aceita com prob. 2/3 Se G é  -far(P)  RR G é (  -  = 3  /4)-far(R), para todo R    Alg 3 rejeita com prob. 2/3 Fischer, Newman [FN05] (Testável  Estimável):  1 <  2  Algoritmo aleatório que distingue grafos que são  1 -close(P) e  2 -far(P), realizando q(  1,  2 ) consultas, com probabilidade 2/3 Erro de Alg 3 :  r (1/3r) = 1/3 Alg 3 é mesmo um Testador para P ?

FIM