ग्रीडी कलरिंग

गणित और कंप्यूटर विज्ञान में रेखांकन रंग की समस्याओं के अध्ययन में, एक लालची रंग या अनुक्रमिक रंग एक लालची एल्गोरिथ्म द्वारा अप्रत्यक्ष रेखांकन के वर्टिक्स का एक रंग है जो अनुक्रम में रेखांकन के कोने पर विचार करता है और प्रत्येक वर्टेक्स ऑपरेटर बीजगणित को इसके मेक्स (गणित) रंग प्रदान करता है। लालची रंग रैखिक समय में पाए जा सकते हैं, लेकिन वे सामान्य रूप से संभावित रंगों की न्यूनतम संख्या का उपयोग नहीं करते हैं।

कोने के अनुक्रम के विभिन्न विकल्प आम तौर पर दिए गए रेखांकऩ के अलग-अलग रंगों का उत्पादन करेंगे, लालची रंगों के बहुत से अध्ययन से संबंधित है कि एक अच्छा क्रम कैसे प्राप्त किया जाए। हमेशा एक ऐसा क्रम मौजूद होता है जो एक इष्टतम रंग का उत्पादन करता है, लेकिन हालांकि इस तरह के क्रम कई विशेष वर्गों के रेखांकऩ के लिए पाए जा सकते हैं, वे सामान्य रूप से खोजना मुश्किल होता है। वर्टेक्स क्रमिंग के लिए सामान्य रूप से उपयोग की जाने वाली रणनीतियों में निम्न-डिग्री वर्टिकल की तुलना में पहले उच्च-डिग्री वर्टिकल रखना, या कम विवश वर्टिसेस की तुलना में कम उपलब्ध रंगों के साथ वर्टिस को चुनना शामिल है।

लालची रंग की विविधताएं ऑनलाइन एल्गोरिदम में रंगों का चयन करती हैं, रेखांकऩ के बिना रंग वाले हिस्से की संरचना के बारे में कोई जानकारी के बिना, या रंगों की कुल संख्या को कम करने के लिए पहले उपलब्ध रंगों की तुलना में अन्य रंगों का चयन करें। लालची रंग एल्गोरिदम को शेड्यूलिंग और पंजीकरण आवंटन समस्याओं, संयोजी खेलों के विश्लेषण और रंग और डिग्री के बीच संबंध पर ब्रूक्स के प्रमेय सहित अन्य गणितीय परिणामों के प्रमाणों के लिए लागू किया गया है। लालची रंगों से व्युत्पन्न रेखांकन सिद्धांत में अन्य अवधारणाओं में एक रेखांकन की ग्रंडी संख्या (लालची रंग द्वारा पाए जाने वाले रंगों की सबसे बड़ी संख्या), और अच्छे रंग वाले रेखांकन शामिल हैं, जिनके लिए सभी लोभी रंग एक ही संख्या का उपयोग करते हैं।

कलन विधि
किसी दिए गए शीर्ष क्रम के लिए लालची रंग की गणना एल्गोरिथ्म द्वारा की जा सकती है जो रैखिक समय में चलता है। एल्गोरिथम, दिए गए क्रम में शीर्षों को संसाधित करता है, संसाधित होने पर प्रत्येक को एक रंग प्रदान करता है। रंगों को संख्याओं द्वारा दर्शाया जा सकता है $$0,1,2,\dots$$ और प्रत्येक शीर्ष को सबसे छोटी संख्या के साथ रंग दिया जाता है जो पहले से ही अपने पड़ोसियों में से एक द्वारा उपयोग नहीं किया जाता है सबसे छोटा उपलब्ध रंग खोजने के लिए, प्रत्येक रंग के पड़ोसियों की संख्या की गणना करने के लिए एक सरणी का उपयोग कर सकता है (या वैकल्पिक रूप से, पड़ोसियों के रंग के सेट का प्रतिनिधित्व करने के लिए), पायथन (प्रोग्रामिंग भाषा) में, एल्गोरिथ्म को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

पहली उपलब्ध सबरूटीन अपने तर्क सूची की लंबाई के आनुपातिक समय लेता है, क्योंकि यह दो लूप करता है, एक स्वयं सूची पर और एक गणना की सूची पर जो समान लंबाई है। कुल रंग एल्गोरिथ्म के लिए समय इस उपरूटीन के लिए कॉल द्वारा हावी है। रेखांकन में प्रत्येक किनारा इन कॉल में से केवल एक में योगदान करता है, किनारे के अंतिम बिंदु के लिए एक जो बाद में शीर्ष क्रम में है। इसलिए, तर्क सूचियों की लंबाई का योग पहले (_a) उपलब्ध है, और एल्गोरिथ्म के लिए कुल समय, रेखांकन में किनारों की संख्या के आनुपातिक हैं।

वैकल्पिक एल्गोरिद्म, समान रंग उत्पन्न करता है, प्रत्येक रंग, एक समय में एक रंग के साथ कोने के सेट को चुनने के लिए है। इस विधि में, प्रत्येक रंग वर्ग $$C$$ दिए गए क्रम में कोने के माध्यम से स्कैन करके चुना जाता है। जब यह स्कैन बेतार कशेरुक से मिलता है $$v$$ जिसका कोई पड़ोसी नहीं है $$C$$, यह जोड़ता है $$v$$ को $$C$$. इस प्रकार से, $$C$$ शीर्षों के बीच एक अधिकतम स्वतंत्र सेट बन जाता है जो पहले से ही छोटे रंग आवंटित नहीं किए गए थे। एल्गोरिथ्म बार-बार इस तरह से रंग वर्ग पाता है जब तक कि सभी कोने रंग नहीं होते। हालांकि, इसमें प्रत्येक रंग वर्ग के लिए रेखांकन के कई स्कैन, एक स्कैन बनाने के बजाय, ऊपर उल्लिखित पद्धति के बजाय, जो केवल एक स्कैन का उपयोग करता है।

क्रम करने का विकल्प
रेखांकन के कोने के विभिन्न क्रमांकन लालची रंग के विभिन्न संख्याओं का उपयोग करने का कारण बन सकते हैं, रंग की इष्टतम संख्या से लेकर, कुछ मामलों में, रंग की एक संख्या जो रेखांकन में कोने की संख्या के आनुपातिक है। उदाहरण के लिए, एक क्राउन रेखांकन (दो अलग-अलग सेटों से बना एक रेखांकन $n/2$ शिखर $n/2$ और ${a_{1}, a_{2}, ...}$ संयुक्त करके ${b_{1}, b_{2}, ...}$ को $a_{i}$ जब कभी भी $b_{j}$) लालची रंग के लिए विशेष रूप से बुरा मामला हो सकता है। कशेरुक के  $i ≠ j$,  क्रम के साथ लालची रंग $a_{1}, b_{1}, a_{2}, b_{2}, ...$ रंग, का उपयोग करेगा, प्रत्येक जोड़ी $n/2$. के लिए एक रंग। हालाँकि, इस रेखांकन के लिए रंगों की इष्टतम संख्या दो है, शीर्षों के लिए एक रंग $(a_{i}, b_{i})$ और दूसरा शिखरों के लिए $a_{i}$. वहाँ भी रेखांकन मौजूद हैं कि उच्च संभावना के साथ एक यादृच्छिक रूप से चुने गए शीर्ष क्रम न्यूनतम से बहुत बड़े कई रंगों की ओर ले जाता है। इसलिए, लालची रंग में यह कुछ महत्व रखता है कि शीर्ष क्रम को सावधानी से चुनें।

अच्छा क्रम
किसी भी रेखांकन के कोने को हमेशा इस तरह से क्रम दिया जा सकता है कि लालची एल्गोरिथ्म एक इष्टतम रंग का उत्पादन करता है। क्योंकि, किसी भी इष्टतम रंग को देखते हुए, कोई भी वर्टिसेस को उनके रंगों द्वारा क्रम कर सकता है। फिर जब कोई इस क्रम के साथ एक लालची एल्गोरिथ्म का उपयोग करता है, तो परिणामी रंग स्वचालित रूप से इष्टतम होता है। हालांकि, क्योंकि इष्टतम रेखांकन रंग एनपी-पूर्ण है, कोई भी उप-समस्या जो इस समस्या को जल्दी से हल करने की अनुमति देगा, जिसमें लालची रंग के लिए एक इष्टतम क्रम प्राप्त करना शामिल है, एनपी कठिन है।

अंतराल रेखांकन और कॉर्डल रेखांकन में, यदि शीर्ष को एक पूर्ण उन्मूलन क्रम के विपरीत क्रम दिया जाता है, तो प्रत्येक शीर्ष के पहले पड़ोसी समूह (रेखांकन सिद्धांत) बनाएंगे। यह संपत्ति लालची रंग का उत्पादन करने के लिए एक इष्टतम रंग का कारण बनता है, क्योंकि यह कभी भी इन क्लिप्स में से प्रत्येक के लिए आवश्यक से अधिक रंगों का उपयोग नहीं करता है। एक उन्मूलन क्रम रैखिक समय में पाया जा सकता है, जब यह मौजूद है।

अधिक दृढ़ता से, किसी भी पूर्ण उन्मूलन आदेश को श्रेय देने योग्य रूप से इष्टतम है, जिसका अर्थ है कि यह रेखांकन के लिए और इसके सभी प्रेरित उपोरेखांकन के लिए इष्टतम है। पूरी तरह से व्यवस्थित रेखांकन (जिसमें कॉर्डल रेखांकन, तुलनात्मक रेखांकन, और दूरी-वंशानुगत रेखांकन शामिल हैं) को रेखांकन के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसमें एक विशेष रूप से इष्टतम क्रमांकन होता है। पूरी तरह से व्यवस्थित रेखांकन को पहचानना भी एनपी-पूर्ण है।

खराब क्रम
किसी दिए गए रेखांकन के सबसे खराब क्रम के लिए लालची रंग द्वारा उत्पादित रंगों की संख्या को उसकी ग्रंडी संख्या कहा जाता है। जैसा कि लोभी रंग के लिए एक अच्छे शीर्ष क्रम का पता लगाना मुश्किल है, इसलिए एक बुरा शीर्ष क्रम खोज रहा है। किसी दिए गए रेखांकन के लिए यह निर्धारित करने के लिए एनपी-पूर्ण है $n$ और संख्या $G$, क्या के शीर्षों का क्रम मौजूद है $k$ जो लालची एल्गोरिथम का उपयोग करने का कारण बनता है $G$ या अधिक रंग। विशेष रूप से, इसका मतलब यह है कि सबसे खराब क्रम खोजना मुश्किल है $k$.

रेखांकन जिसके लिए क्रम अप्रासंगिक है
अच्छे रंग के रेखांकन वे रेखांकन हैं जिनके लिए सभी शीर्ष क्रमांकन रंगों की एक ही संख्या का उत्पादन करते हैं। इन रेखांकन में, दोनों रंगीन संख्या और ग्रंडी संख्या के बराबर है। इनमें कोरेखांकन शामिल हैं, जो वास्तव में ऐसे रेखांकऩ हैं जिनमें सभी प्रेरित सबरेखांकन अच्छी तरह से रंगे हुए हैं। हालांकि, यह निर्धारित करने के लिए सह-एनपी-पूर्ण है कि कोई रेखांकन अच्छी तरह से रंगा हुआ है या नहीं।

यदि प्रत्येक किनारे को शामिल करने की निरंतर संभावना के साथ Erdős-Rényi मॉडल से एक यादृच्छिक रेखांकन तैयार किया जाता है, तो रेखांकन किनारों से स्वतंत्र रूप से चुने गए किसी भी वर्टेक्स क्रमिंग से एक रंग निकलता है, जिसके रंगों की संख्या इष्टतम मान के दोगुने के करीब होती है, उच्च के साथ संभावना। यह अज्ञात रहता है कि क्या इन रेखांकऩों के महत्वपूर्ण रूप से बेहतर रंगों को खोजने के लिए कोई बहुपद समय विधि है।

पतितता
क्योंकि इष्टतम वर्टेक्स क्रम खोजना मुश्किल है, अनुमानी का उपयोग किया गया है जो रंगों की इष्टतम संख्या की गारंटी न देते हुए रंगों की संख्या को कम करने का प्रयास करता है। लालची रंग भरने के लिए आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला क्रम एक शीर्ष चुनना है $G$ न्यूनतम डिग्री (रेखांकन सिद्धांत) के साथ सबरेखांकन क्रम करें $v$ हटाए गए पुनरावर्तन (कंप्यूटर विज्ञान), और फिर जगह $v$ क्रम में अंतिम। हटाए गए वर्टेक्स की सबसे बड़ी डिग्री जो इस एल्गोरिथम का सामना करती है, उसे रेखांकऩ का डीजेनरेसी (रेखांकऩ सिद्धांत) कहा जाता है, जिसे निरूपित किया जाता है $v$. लालची रंग के संदर्भ में, उसी क्रम की रणनीति को सबसे छोटा अंतिम क्रम भी कहा जाता है। यह वर्टेक्स क्रमिंग, और अध: पतन, रैखिक समय में गणना की जा सकती है। इसे पहले के वर्टेक्स क्रमिंग मेथड के बेहतर संस्करण के रूप में देखा जा सकता है, जो सबसे बड़ा-पहला क्रमिंग है, जो वर्टिकल को उनके डिग्रियों द्वारा अवरोही क्रम में सॉर्ट करता है। अध: पतन क्रम के साथ, लालची रंग अधिक से अधिक उपयोग करेंगे $b_{i}$ रंग की। ऐसा इसलिए है, क्योंकि रंगीन होने पर, प्रत्येक शीर्ष में अधिकतम होगा $d$ पहले से ही रंगीन पड़ोसी, इसलिए सबसे पहले में से एक $d + 1$ रंग इसके उपयोग के लिए निःशुल्क होंगे। अध: पतन क्रम के साथ लालची रंग पेड़ों, छद्म वनों और मुकुट रेखांकन सहित रेखांकन के कुछ वर्गों के लिए इष्टतम रंग पा सकते हैं। एक रेखांकन परिभाषित करें $$G$$ होना $$\beta$$-बिल्कुल सही अगर, के लिए $$G$$ और हर प्रेरित सबरेखांकन $$G$$, रंगीन संख्या अध: पतन प्लस एक के बराबर होती है। इन रेखांकन के लिए, अध: पतन क्रम के साथ लालची एल्गोरिथ्म हमेशा इष्टतम होता है। प्रत्येक $$\beta$$-परफेक्ट रेखांकऩ एक सम-छिद्र-मुक्त रेखांकऩ होना चाहिए, क्योंकि यहां तक ​​कि चक्रों में रंगीन संख्या दो और अध: पतन दो होते हैं, जो परिभाषा में समानता से मेल नहीं खाते $$\beta$$- सही रेखांकन। यदि एक रेखांकऩ और उसका पूरक रेखांकऩ दोनों सम-छिद्र-मुक्त हैं, तो वे दोनों हैं $$\beta$$-उत्तम। रेखांकन जो दोनों सही रेखांकन हैं और $$\beta$$-परिपूर्ण रेखांकन बिलकुल तारकीय रेखांकन होते हैं। सम-छिद्र-मुक्त रेखांकऩ पर अधिक आम तौर पर, अध: पतन क्रम इष्टतम रंग को रंगों की इष्टतम संख्या के अधिकतम दोगुने के भीतर अनुमानित करता है; अर्थात्, इसका सन्निकटन अनुपात 2 है। यूनिट डिस्क रेखांकऩ पर इसका सन्निकटन अनुपात 3 है। त्रिकोणीय प्रिज्म सबसे छोटा रेखांकऩ है जिसके लिए इसकी एक डिजेनरेसी क्रमिंग एक गैर-इष्टतम रंग की ओर ले जाती है, और स्क्वायर एंटीप्रिज्म सबसे छोटा रेखांकऩ है जिसे इसके किसी भी डिजनरेसी क्रमिंग का उपयोग करके बेहतर ढंग से रंगा नहीं जा सकता है।

अनुकूली क्रम
लालची कलरिंग में वर्टेक्स क्रमिंग के लिए DSatur नामक एक रणनीति प्रस्तावित करता है जो कलरिंग प्रक्रिया के साथ क्रमिंग के निर्माण को इंटरलीव करता है। लालची रंग एल्गोरिथ्म के अपने संस्करण में, प्रत्येक चरण में रंग के अगले शीर्ष को उसके पड़ोस (रेखांकन सिद्धांत) में सबसे बड़ी संख्या में अलग-अलग रंगों के साथ चुना जाता है। संबंधों के मामले में, बिना रंग वाले शीर्षों के सबरेखांकन में अधिकतम डिग्री का एक शीर्ष बंधे हुए शीर्षों से चुना जाता है। प्रत्येक चरण पर पड़ोसी रंगों के सेट और उनकी प्रमुखता का ध्यान रखते हुए, इस पद्धति को रैखिक समय में लागू करना संभव है। यह विधि द्विदलीय रेखांकन के लिए इष्टतम रंग खोज सकती है, सभी कैक्टस रेखांकऩ, सभी पहिया रेखांकन ़, सभी रेखांकऩ ज़्यादा से ज़्यादा छह शीर्षों पर, और लगभग हर $$k$$-रंगीन रेखांकन। यद्यपि  ने मूल रूप से दावा किया था कि यह विधि मेयनियल रेखांकन के लिए इष्टतम रंग खोजती है, बाद में उन्हें इस दावे के लिए एक प्रति उदाहरण मिला।

वैकल्पिक रंग चयन योजनाएं
लालची रंग एल्गोरिथ्म की विविधताओं को परिभाषित करना संभव है जिसमें दिए गए रेखांकन के कोने दिए गए क्रम में रंगीन होते हैं लेकिन जिसमें प्रत्येक शीर्ष के लिए चुना गया रंग आवश्यक रूप से पहला उपलब्ध रंग नहीं होता है। इनमें ऐसी विधियाँ शामिल हैं जिनमें रेखांकऩ का बिना रंग वाला हिस्सा एल्गोरिथम के लिए अज्ञात है, या जिसमें एल्गोरिथम को बुनियादी लालची एल्गोरिथम की तुलना में बेहतर रंग विकल्प बनाने के लिए कुछ स्वतंत्रता दी जाती है।

ऑनलाइन चयन
ऑनलाइन एल्गोरिदम के ढांचे के भीतर वैकल्पिक रंग चयन रणनीतियों का अध्ययन किया गया है। ऑनलाइन रेखांकऩ-कलरिंग समस्या में, रेखांकऩ के शीर्षों को एक रंग एल्गोरिथम के मनमाने क्रम में एक समय में एक के बाद एक प्रस्तुत किया जाता है; एल्गोरिथम को प्रत्येक शीर्ष के लिए एक रंग का चयन करना चाहिए, केवल पहले से संसाधित शीर्षों के बीच के रंगों और आसन्नताओं के आधार पर। इस संदर्भ में, एक रंग चयन रणनीति की गुणवत्ता को उसके प्रतिस्पर्धी विश्लेषण (ऑनलाइन एल्गोरिथम) द्वारा मापा जाता है, इसके द्वारा उपयोग किए जाने वाले रंगों की संख्या और दिए गए रेखांकन के लिए रंगों की इष्टतम संख्या के बीच का अनुपात।

यदि रेखांकऩ पर कोई अतिरिक्त प्रतिबंध नहीं दिया गया है, तो इष्टतम प्रतिस्पर्धी अनुपात केवल थोड़ा उपरैखिक है। हालांकि, अंतराल रेखांकन के लिए, एक निरंतर प्रतिस्पर्धी अनुपात संभव है, जबकि द्विदलीय रेखांकन और विरल रेखांकन के लिए एक लघुगणकीय अनुपात प्राप्त किया जा सकता है। दरअसल, विरल रेखांकन के लिए, पहले उपलब्ध रंग को चुनने की मानक लालची रंग रणनीति इस प्रतिस्पर्धी अनुपात को प्राप्त करती है, और किसी भी ऑनलाइन रंग एल्गोरिथ्म के प्रतिस्पर्धी अनुपात पर एक मिलान कम सीमा साबित करना संभव है।

पारसीमोनस रंग
किसी दिए गए रेखांकऩ और वर्टेक्स क्रमिंग के लिए एक पारिश्रमिक रंग, एक लालची एल्गोरिथ्म द्वारा निर्मित रंग के रूप में परिभाषित किया गया है जो दिए गए क्रम में कोने को रंग देता है, और केवल एक नया रंग पेश करता है जब सभी पिछले रंग दिए गए शीर्ष के निकट होते हैं, लेकिन यह चुन सकता है कि किस रंग का उपयोग करना है (हमेशा सबसे छोटा चुनने के बजाय) जब वह किसी मौजूदा रंग का पुन: उपयोग करने में सक्षम हो। क्रमित रंगीन संख्या रंगों की सबसे छोटी संख्या है जो दिए गए क्रम के लिए इस तरह से प्राप्त की जा सकती है, और किसी दिए गए रेखांकन के सभी शीर्ष रंगों के बीच ओक्रोमैटिक संख्या सबसे बड़ी क्रम वाली रंगीन संख्या है। इसकी अलग-अलग परिभाषा के बावजूद, ओक्रोमैटिक संख्या हमेशा ग्रंडी संख्या के बराबर होती है।

अनुप्रयोग
क्योंकि यह तेज़ है और कई मामलों में कुछ रंगों का उपयोग कर सकता है, लालची रंग का उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जा सकता है जहाँ एक अच्छे लेकिन इष्टतम रेखांकऩ रंग की आवश्यकता नहीं है। लालची एल्गोरिथ्म के शुरुआती अनुप्रयोगों में से एक पाठ्यक्रम शेड्यूलिंग जैसी समस्याओं के लिए था, जिसमें कार्यों का एक संग्रह समय स्लॉट के दिए गए सेट को सौंपा जाना चाहिए, असंगत कार्यों को एक ही समय स्लॉट में असाइन किए जाने से बचना चाहिए। इसका उपयोग रजिस्टर आवंटन के लिए संकलक ्स में भी किया जा सकता है, इसे एक रेखांकन पर लागू करके जिसका शिखर रजिस्टरों को असाइन किए जाने वाले मानों का प्रतिनिधित्व करता है और जिनके किनारे दो मानों के बीच संघर्ष का प्रतिनिधित्व करते हैं जिन्हें एक ही रजिस्टर में असाइन नहीं किया जा सकता है। कई मामलों में, ये हस्तक्षेप रेखांकन कॉर्डल रेखांकन होते हैं, जो लालची रंग को एक इष्टतम रजिस्टर असाइनमेंट बनाने की अनुमति देते हैं।

संयोजी खेल सिद्धांत में, एक निष्पक्ष खेल के लिए एक निर्देशित विश्वकोश रेखांकन के रूप में स्पष्ट रूप में दिया गया है, जिसका शिखर खेल की स्थिति का प्रतिनिधित्व करता है और जिसके किनारे एक स्थिति से दूसरे स्थान पर वैध चाल का प्रतिनिधित्व करते हैं, लालची रंग एल्गोरिथ्म (रेखांकन के एक सांस्थितिक क्रम के विपरीत का उपयोग करके) ) प्रत्येक स्थिति के निम-मूल्य की गणना करता है। इन मूल्यों का उपयोग किसी एक खेल या खेलों के किसी भी योग में इष्टतम खेल का निर्धारण करने के लिए किया जा सकता है। अधिकतम डिग्री के रेखांकन के लिए $d + 1$, कोई भी लालची रंग अधिक से अधिक उपयोग करेगा $Δ$ रंग की। ब्रूक्स प्रमेय बताता है कि अधिकतम दो अपवादों (पूर्ण रेखांकन और चक्र रेखांकन) के साथ $Δ + 1$ रंगों की जरूरत है। ब्रूक्स के प्रमेय के एक प्रमाण में शीर्ष क्रम को खोजना शामिल है जिसमें पहले दो शीर्ष अंतिम शीर्ष के निकट हैं लेकिन एक दूसरे के निकट नहीं हैं, और पिछले एक के अलावा प्रत्येक शीर्ष में कम से कम एक बाद का पड़ोसी है। इस संपत्ति के साथ एक क्रम देने के लिए, लालची रंग एल्गोरिथ्म का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है $Δ$ रंग की।

संदर्भ

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