We consider the embeddability problem of a graph G into a two-dimensional simplicial complex C: Given G and C, decide whether G admits a topological embedding into C. The problem is NP-hard, even in the restricted case where C is homeomorphic to a surface. We prove that the problem is fixed-parameter tractable in the size of the two-dimensional complex, by providing an O(2^{poly(c)}.n^2)-time algorithm. If G embeds into C, we can compute a representation of an embedding in the same amount of time. Moreover, we show that several known problems reduce to this one, such as the crossing number and the planarity number problems, and, under some conditions, the embedding extension problem. Our approach is to reduce to the case where G has bounded branchwidth via an irrelevant vertex method, and to apply dynamic programming. We do not rely on any component of the existing linear-time algorithms for embedding graphs on a fixed surface, but only on algorithms from graph minor theory. However, by combining our results with a linear-time algorithm for embedding graphs on surfaces and with a very recent result for the irrelevant vertex method, we can decide whether G embeds into C in f(c).O(n) time, for some function f.


翻译:我们研究图G嵌入二维单纯复形C的问题:给定G和C,判断G是否允许拓扑嵌入到C中。该问题是NP难的,即使在C同胚于曲面的受限情况下也是如此。我们证明了该问题在二维复形规模上具有固定参数可解性,通过提出一个O(2^{poly(c)}·n^2)时间复杂度的算法实现。若G可嵌入C,我们能在相同时间内计算出嵌入的表示。此外,我们证明多个已知问题可归约为此问题,例如交叉数问题、可平面数问题,以及在特定条件下的嵌入扩展问题。我们的方法是通过无关顶点法将问题归约到G具有有界分支宽度的情形,并应用动态规划求解。本方法不依赖于现有固定曲面图嵌入线性时间算法的任何组件,仅基于图子式理论的算法。然而,通过将我们的结果与曲面图嵌入线性时间算法及最新的无关顶点法结论相结合,我们能在f(c)·O(n)时间内(其中f为某函数)判定G是否可嵌入C。

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