Consensus problems for strings and sequences appear in numerous application contexts, ranging from bioinformatics over data mining to machine learning. Closing some gaps in the literature, we show that several fundamental problems in this context are NP- and W[1]-hard, and that the known (partially brute-force) algorithms are close to optimality assuming the Exponential Time Hypothesis. Among our main contributions is to settle the complexity status of computing a mean in dynamic time warping spaces which, as pointed out by Brill et al. [DMKD 2019], suffered from many unproven or false assumptions in the literature. We prove this problem to be NP-hard and additionally show that a recent dynamic programming algorithm is essentially optimal. In this context, we study a broad family of circular string alignment problems. This family also serves as a key for our hardness reductions, and it is of independent (practical) interest in molecular biology. In particular, we show tight hardness and running time lower bounds for Circular Consensus String; notably, the corresponding non-circular version is easily linear-time solvable.


翻译:在从生物信息学到数据挖掘到机器学习等多种应用背景下,对弦和序列的共识问题都出现了,从生物信息学到数据挖掘到机器学习等,我们表明,这方面的几个基本问题是NP-和W[1]-硬,已知的(部分粗力)算法几乎是最佳的,假设了光学时间假设。我们的主要贡献之一是解决在动态时间扭曲空间中计算平均值的复杂状况,正如Brill等人所指出的[DMKD 2019],这些空间受到文献中许多未经证实或虚假的假设的影响。我们证明,这个问题是硬的,并且进一步表明,最近的动态编程算法基本上是最佳的。在这方面,我们研究的是圆形串对齐问题的广泛组合。这个组合也是我们降低硬度的关键,也是对分子生物学独立(实际)的兴趣。特别是,我们表现出了紧硬性和时间短于时间的“共识”弦乐题,特别是,相应的非直截面版本很容易线性溶。

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