Kis-Benedek Ágnes Dinamikus programozás a gráfelméletben

12 2. FEJEZET. ÚTKERESÉS ÉS RÉSZGRÁFOK
Bár ezek polinomiális időben megoldhatók, R. Karp [8] bebizonyította, hogy közös
általánosításuk, a Steiner-fa problémája NP-teljes még c ≡ 1 esetén is.
Dreyfus és Wagner [9] kimutatta, hogy dinamikus programozás segítségével megad-
ható olyan algoritmus, amely |V |-ben polinomiális, és csak |T |-ben exponenciális.
Tehát rögzített T -re a futásidő már polinomiális lesz. Például |T | = 3-ra ∀v ∈ V -re
meghatározunk a terminálpontokba egy-egy minimális költségű utat, és amelyik v-re
ezen utak uniója minimális, az adja az optimális Steiner-fát.
A következő jelöléseket vezessük be:
P [uv] jelölje az u és v pontok közti (egyik) minimális költségű utat. Ennek költ-
sége c(P [uv]) ≥ 0.
sb(K +v) értékét a következőképp definiáljuk: ha a K ∪v terminálhalmazhoz tar-
tozó minimális Steiner-fák között van olyan, amelyben v belső pont, akkor sb(K + v)
értéke legyen ennek a fának a költsége, ha pedig ilyen nincs, akkor az érték legyen
végtelen.
s(K +v) legyen a K ∪v terminálhalmazhoz tartozó minimális Steiner-fa költsége.
Az algoritmus során ∀K ⊂ T -re és ∀v ∈ V -re kiszámoljuk az sb(K + v), majd az
s(K + v) értékeket. Ezek száma |V |-ben polinomiális, és csak |T |-től függ exponen-
ciálisan. A keresett minimumot azon s(K + v)-k egyike adja, melyekre K ∪ v = T .
Az algoritmus k-adik fázisában (k = 1, 2, . . . , |T | − 2) már ∀v ∈ V -re, és T -
nek ∀ k-elemű T ′ részhalmazára kiszámítottuk s(T ′ + v)-t. Ekkor ennek segítségével
először meghatározzuk T (k+1)-elemű K részhalmazaira sb(K+v)-t, majd s(K+v)-t
az alább látható módon.
|K| = 1 esetén ∀ sb(K + v) értéke legyen végtelen, s(K + v) pedig a minimális
út költsége.
K legyen a terminálok egy részhalmaza, F pedig egy ezekre vonatkozó minimális
Steiner-fa, melyben a v pont minimum másodfokú. A v-ből kiinduló faéleket két
nemüres osztályba sorolva meghatározzuk a fának egy olyan két részre osztását,
melyeknek egyetlen közös pontja v. A két részfát jelölje F ′ , illetve F ′′ , a hozzájuk
tartozó terminálhalmazokat pedig K ′ , illetve K ′′ . Ezekre nyilván igaz, hogy F ′ mi-