A Tight Lower Bound for Counting Hamiltonian Cycles via Matrix Rank
Notice bibliographique
Résumé
For even $k$, the matchings connectivity matrix $\mathbf{M}_k$ encodes which pairs of perfect matchings on $k$ vertices form a single cycle. Cygan et al. (STOC 2013) showed that the rank of $\mathbf{M}_k$ over $\mathbb{Z}_2$ is $Θ(\sqrt 2^k)$ and used this to give an $O^*((2+\sqrt{2})^{\mathsf{pw}})$ time algorithm for counting Hamiltonian cycles modulo $2$ on graphs of pathwidth $\mathsf{pw}$. The same authors complemented their algorithm by an essentially tight lower bound under the Strong Exponential Time Hypothesis (SETH). This bound crucially relied on a large permutation submatrix within $\mathbf{M}_k$, which enabled a "pattern propagation" commonly used in previous related lower bounds, as initiated by Lokshtanov et al. (SODA 2011). We present a new technique for a similar pattern propagation when only a black-box lower bound on the asymptotic rank of $\mathbf{M}_k$ is given; no stronger structural insights such as the existence of large permutation submatrices in $\mathbf{M}_k$ are needed. Given appropriate rank bounds, our technique yields lower bounds for counting Hamiltonian cycles (also modulo fixed primes $p$) parameterized by pathwidth. To apply this technique, we prove that the rank of $\mathbf{M}_k$ over the rationals is $4^k / \mathrm{poly}(k)$. We also show that the rank of $\mathbf{M}_k$ over $\mathbb{Z}_p$ is $Ω(1.97^k)$ for any prime $p\neq 2$ and even $Ω(2.15^k)$ for some primes. As a consequence, we obtain that Hamiltonian cycles cannot be counted in time $O^*((6-ε)^{\mathsf{pw}})$ for any $ε>0$ unless SETH fails. This bound is tight due to a $O^*(6^{\mathsf{pw}})$ time algorithm by Bodlaender et al. (ICALP 2013). Under SETH, we also obtain that Hamiltonian cycles cannot be counted modulo primes $p\neq 2$ in time $O^*(3.97^\mathsf{pw})$, indicating that the modulus can affect the complexity in intricate ways.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,013 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».