The minimum dominating set problem of a graph G is to find a smallest possible dominating set. The minimum dominating set problem is a well-known NP-complete problem such that it cannot be solved in polynomial time. Heuristic or approximation algorithm, however, will perform well in certain area of application. In this paper, we suggest three different simulated annealing algorithms and experimentally show better efficiency improvement by applying these algorithms to the graph instances developed by DIMACS.
One of the critical issues in wireless sensor network is the design of a proper routing protocol. One possible approach is utilizing a virtual infrastructure, which is a subset of sensors to connect all the sensors in the network. Among the many virtual infrastructures, the connected dominating set is widely used. Since a small connected dominating set can help to decrease the protocol overhead and energy consumption, it is preferable to find a small sized connected dominating set. Although many algorithms have been suggested to construct a minimum connected dominating set, there have been few exact approaches. In this paper, we suggest an improved optimal algorithm for the minimum connected dominating set problem, and extensive computational results showed that our algorithm outperformed the previous exact algorithms. Also, we suggest a new heuristic algorithm to find the connected dominating set and computational results show that our algorithm is capable of finding good quality solutions quite fast.
Journal of the Korean Operations Research and Management Science Society
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v.39
no.2
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pp.131-140
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2014
Customer networks go through constant changes. They may expand or shrink once they are formed. In dynamic environments, it is a critical corporate challenge to identify and manage influential customer groups in a cost effective way. In this context, we apply inverse optimization theory to suggest an efficient method to manage customer networks. In this paper, we assume that there exists a subset of nodes that might have a large effect on the network and that the network can be modified via some strategic actions. Rather than making efforts to find influential nodes whenever the network changes, we focus on a subset of selective nodes and perturb as little as possible the interaction between nodes in order to make the selected nodes influential in the given network. We define the following problem based on the inverse optimization. Given a graph and a prescribed node subset, the objective is to modify the structure of the given graph so that the fixed subset of nodes becomes a minimum dominating set in the modified graph and the cost for modification is minimum under a fixed norm. We call this problem the inverse dominating set problem and investigate its computational complexity.
A dominating set for a graph G is a set D of vertices of G such that every vertex of G not in D is adjacent to a vertex of D. Reed [11] considered the domination problem for graphs with minimum degree at least three. He showed that any graph G of minimum degree at least three contains a dominating set D of size at most $\frac{3}{8}$ |V (G)| by introducing a covering by vertex disjoint paths. In this paper, by using this technique, we show that every graph on n vertices of minimum degree at least four contains a dominating set D of size at most $\frac{4}{11}$ |V (G)|.
We consider the problem of placing resources in a distributed computing system so that certain performance requirements may be met while minimizing the number of required resource copies, irrespective of node or link failures. To meet the requirements for high performance and high availability, minimum number of resource copies should be placed in such a way that each node has at least two copies on the node or its neighbor nodes. This is called the fault-tolerant resource placement problem in this paper. The structure of a parallel or a distributed computing system is represented by a graph. The fault-tolerant placement problem is first transformed into the problem of finding the smallest fault-tolerant dominating set in a graph. The dominating set problem is known to be NP-complete. In this paper, searching for the smallest fault-tolerant dominating set is formulated as a state-space search problem, which is then solved optimally with the well-known A* algorithm. To speed up the search, we derive heuristic information by analyzing the properties of fault-tolerant dominating sets. Some experimental results on various regular and random graphs show that the search time can be reduced dramatically using the heuristic information.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.18
no.9
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pp.121-129
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2013
This paper proposes a linear-time algorithm that has been designed to obtain an accurate solution for Dominating Set (DS) problem, which is known to be NP-complete due to the deficiency of polynomial-time algorithms that successfully derive an accurate solution to it. The proposed algorithm does so by repeatedly assigning vertex v with maximum degree ${\Delta}(G)$among vertices adjacent to the vertex v with minimum degree ${\delta}(G)$ to Minimum Independent DS (MIDS) as its element and removing all the incident edges until no edges remain in the graph. This algorithm finally transforms MIDS into Minimum DS (MDS) and again into Minimum Connected DS (MCDS) so as to obtain the accurate solution to all DS-related problems. When applied to ten different graphs, it has successfully obtained accurate solutions with linear time complexity O(n). It has therefore proven that Dominating Set problem is rather a P-problem.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.40
no.6
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pp.1142-1147
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2015
As a method to increase the scalability and efficiency of wireless sensor networks, a scheme to construct networks hierarchically has received considerable attention among researchers. Researches on the methods to construct wireless networks hierarchically have been conducted focusing on how to select nodes such that they constitute a backbone network of wireless network. Nodes comprising the backbone network should be connected themselves and can cover other remaining nodes. A problem to find the minimum number of nodes which satisfy these conditions is known as the minimum connected dominating set (MCDS) problem. The MCDS problem is NP-hard, therefore there is no efficient algorithm which guarantee the optimal solutions for this problem at present. In this paper, we propose a novel multi-start local search algorithm to solve the MCDS problem efficiently. For the performance evaluation of the proposed method, we conduct extensive experiments and report the results.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.16
no.6
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pp.179-186
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2011
This paper suggests the minimum number of vertex guards algorithm. Given n rooms, the exact number of minimum vertex guards is proposed. However, only approximation algorithms are presented about the maximum number of vertex guards for polygon and orthogonal polygon without or with holes. Fisk suggests the maximum number of vertex guards for polygon with n vertices as follows. Firstly, you can triangulate with n-2 triangles. Secondly, 3-chromatic vertex coloring of every triangulation of a polygon. Thirdly, place guards at the vertices which have the minority color. This paper presents the minimum number of vertex guards using dominating set. Firstly, you can obtain the visibility graph which is connected all edges if two vertices can be visible each other. Secondly, you can obtain dominating set from visibility graph or visibility matrix. This algorithm applies various art galley problems. As a results, the proposed algorithm is simple and can be obtain the minimum number of vertex guards.
A vertex v of a graph G = (V, E) is said to ve-dominate every edge incident to v, as well as every edge adjacent to these incident edges. A set S ⊆ V is called a double vertex-edge dominating set if every edge of E is ve-dominated by at least two vertices of S. The minimum cardinality of a double vertex-edge dominating set of G is the double vertex-edge domination number γdve(G). In this paper, we provide an upper bound on the double vertex-edge domination number of trees in terms of the order n, the number of leaves and support vertices, and we characterize the trees attaining the upper bound. Finally, we design a polynomial time algorithm for computing the value of γdve(T) for any trees. This gives an answer of an open problem posed in [4].
Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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2012.06d
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pp.369-371
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2012
Wireless sensor networks have taken immense interest in healthcare systems in recent years. One example of it is in an in vivo sensor that is deployed in critical and sensitive healthcare applications like artificial retina, cardiac pacemaker, drug delivery, blood pressure, internal heat calculation, glucosemonitoring etc. In vivo sensor nodes exhibit temperature that may be very dangerous for human tissues. However, existing in vivo thermal aware routing approaches suffer from hotspot creation, delay, and computational complexity. These limitations motivate us toward an in vivo virtual backbone, a small subset of nodes, connected to all other nodes and involved in routing of all nodes, -based solution. A virtual backbone is lightweight and its fault-tolerant version allows in vivo sensor nodes to disconnect hotspot paths and to use alternative paths. We have formulated the problem as m-connected k-dominating set problem with minimum temperature cost in in vivo sensor network. This is a combinatorial optimization problem and we have been motivated to use evolutionary approach to solve the problem.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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