Combinatorial and geometric dualities in graph homomorphism optimization problems

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Proença, Nathan Benedetto
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-23092021-183204/
Resumo: A graph homomorphism is a function between the vertex set of two graphs which maps pairs of adjacent vertices to pairs of adjacent vertices. Many graph parameters can be expressed in terms of finding a homomorphism that maximizes or minimizes a certain objective function: the chromatic number , the clique number , and the Lovász function are noteworthy examples. This work studies graph homomorphisms optimization using combinatorial and convex optimization. Grounded on the theory of preordered sets, we develop a framework that captures a combinatorial duality between the clique and coloring numbers, and that formulates several graph parameters in the literature. We demonstrate known results on convex corners and antiblockers, and we use these geometric concepts to explain some properties of the graph parameters of interest. In particular, we present a geometric duality between upper bounds for the stability number of a graph and lower bounds for the fractional chromatic number of a graph. We use this duality to provide a new understanding of the relationship between two famous spectral bounds introduced by Hoffman. Building on the concepts previously presented, we study convex corners and generalizations of graph homomorphisms which use cones of symmetric matrices. We relate the Choi representation of linear transformations with conic formulations of graph homomorphisms, thus uncovering a new connection between ideas from quantum information theory. Several results and concepts are approached in distinct ways throughout the text, establishing with theorems and examples the cohesion between the combinatorial and geometric perspectives.
id USP_a002351d76ea96fea0a960ef9a6246d0
oai_identifier_str oai:teses.usp.br:tde-23092021-183204
network_acronym_str USP
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
repository_id_str 2721
spelling Combinatorial and geometric dualities in graph homomorphism optimization problemsDualidades combinatórias e geométricas em problemas de otimização de homomorfismos de grafosCantos convexosConic programmingConvex cornersFractional chromatic numberFunção teta de LovászGraph homomorphismsHomomorfismos de grafosLovász theta functionNúmero cromático fracionárioProgramação cônicaQuantum information theoryTeoria quântica da informaçãoA graph homomorphism is a function between the vertex set of two graphs which maps pairs of adjacent vertices to pairs of adjacent vertices. Many graph parameters can be expressed in terms of finding a homomorphism that maximizes or minimizes a certain objective function: the chromatic number , the clique number , and the Lovász function are noteworthy examples. This work studies graph homomorphisms optimization using combinatorial and convex optimization. Grounded on the theory of preordered sets, we develop a framework that captures a combinatorial duality between the clique and coloring numbers, and that formulates several graph parameters in the literature. We demonstrate known results on convex corners and antiblockers, and we use these geometric concepts to explain some properties of the graph parameters of interest. In particular, we present a geometric duality between upper bounds for the stability number of a graph and lower bounds for the fractional chromatic number of a graph. We use this duality to provide a new understanding of the relationship between two famous spectral bounds introduced by Hoffman. Building on the concepts previously presented, we study convex corners and generalizations of graph homomorphisms which use cones of symmetric matrices. We relate the Choi representation of linear transformations with conic formulations of graph homomorphisms, thus uncovering a new connection between ideas from quantum information theory. Several results and concepts are approached in distinct ways throughout the text, establishing with theorems and examples the cohesion between the combinatorial and geometric perspectives.Um homomorfismo de grafos é uma função entre os vértices de dois grafos que mapeia pares de vértices adjacentes em pares de vértices adjacentes. Diversos parâmetros de grafos podem ser formulados em termos de encontrar um homomorfismo que maximize ou minimize um certo valor objetivo: o número cromático , o número de clique e a função de Lovász são exemplos notáveis. Este trabalho estuda otimização de homomorfismos de grafos utilizando otimização convexa e combinatória. Apresentamos um arcabouço, fundamentado na teoria de conjuntos pré-ordenados, que evidencia uma dualidade combinatória entre o número de clique e o número cromático, além de ser capaz de formular diversos parâmetros na literatura. Demonstramos resultados conhecidos sobre cantos convexos e anti-bloqueadores, e então utilizamos esses conceitos geométricos para explicar certas propriedades de alguns dos parâmetros que nos interessam. Em particular, descrevemos uma dualidade geométrica entre limitantes superiores ao número de estabilidade de um grafo e limitantes inferiores ao número cromático fracionário de um grafo. Utilizamos essa dualidade para fornecer um novo entendimento sobre a relação entre dois famosos limitantes espectrais introduzidos por Hoffman. Aproveitando os conceitos previamente discutidos, abordamos diretamente construções que definem cantos convexos e generalizações de homomorfismos a partir de cones de matrizes simétricas. Relacionamos a representação de Choi de uma transformação linear às formulações cônicas de homomorfismos, obtendo assim uma nova conexão entre ideias presentes na teoria quântica da informação. Diversos resultados e conceitos são apresentados de distintas maneiras no decorrer do texto, estabelecendo através de teoremas e exemplos a coesão entre as perspectivas combinatória e geométrica.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPSilva, Marcel Kenji de CarliProença, Nathan Benedetto2021-07-19info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-23092021-183204/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2021-11-03T20:41:02Zoai:teses.usp.br:tde-23092021-183204Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212021-11-03T20:41:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
dc.title.none.fl_str_mv Combinatorial and geometric dualities in graph homomorphism optimization problems
Dualidades combinatórias e geométricas em problemas de otimização de homomorfismos de grafos
title Combinatorial and geometric dualities in graph homomorphism optimization problems
spellingShingle Combinatorial and geometric dualities in graph homomorphism optimization problems
Proença, Nathan Benedetto
Cantos convexos
Conic programming
Convex corners
Fractional chromatic number
Função teta de Lovász
Graph homomorphisms
Homomorfismos de grafos
Lovász theta function
Número cromático fracionário
Programação cônica
Quantum information theory
Teoria quântica da informação
title_short Combinatorial and geometric dualities in graph homomorphism optimization problems
title_full Combinatorial and geometric dualities in graph homomorphism optimization problems
title_fullStr Combinatorial and geometric dualities in graph homomorphism optimization problems
title_full_unstemmed Combinatorial and geometric dualities in graph homomorphism optimization problems
title_sort Combinatorial and geometric dualities in graph homomorphism optimization problems
author Proença, Nathan Benedetto
author_facet Proença, Nathan Benedetto
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Silva, Marcel Kenji de Carli
dc.contributor.author.fl_str_mv Proença, Nathan Benedetto
dc.subject.por.fl_str_mv Cantos convexos
Conic programming
Convex corners
Fractional chromatic number
Função teta de Lovász
Graph homomorphisms
Homomorfismos de grafos
Lovász theta function
Número cromático fracionário
Programação cônica
Quantum information theory
Teoria quântica da informação
topic Cantos convexos
Conic programming
Convex corners
Fractional chromatic number
Função teta de Lovász
Graph homomorphisms
Homomorfismos de grafos
Lovász theta function
Número cromático fracionário
Programação cônica
Quantum information theory
Teoria quântica da informação
description A graph homomorphism is a function between the vertex set of two graphs which maps pairs of adjacent vertices to pairs of adjacent vertices. Many graph parameters can be expressed in terms of finding a homomorphism that maximizes or minimizes a certain objective function: the chromatic number , the clique number , and the Lovász function are noteworthy examples. This work studies graph homomorphisms optimization using combinatorial and convex optimization. Grounded on the theory of preordered sets, we develop a framework that captures a combinatorial duality between the clique and coloring numbers, and that formulates several graph parameters in the literature. We demonstrate known results on convex corners and antiblockers, and we use these geometric concepts to explain some properties of the graph parameters of interest. In particular, we present a geometric duality between upper bounds for the stability number of a graph and lower bounds for the fractional chromatic number of a graph. We use this duality to provide a new understanding of the relationship between two famous spectral bounds introduced by Hoffman. Building on the concepts previously presented, we study convex corners and generalizations of graph homomorphisms which use cones of symmetric matrices. We relate the Choi representation of linear transformations with conic formulations of graph homomorphisms, thus uncovering a new connection between ideas from quantum information theory. Several results and concepts are approached in distinct ways throughout the text, establishing with theorems and examples the cohesion between the combinatorial and geometric perspectives.
publishDate 2021
dc.date.none.fl_str_mv 2021-07-19
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-23092021-183204/
url https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-23092021-183204/
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv
dc.rights.driver.fl_str_mv Liberar o conteúdo para acesso público.
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Liberar o conteúdo para acesso público.
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.coverage.none.fl_str_mv
dc.publisher.none.fl_str_mv Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
publisher.none.fl_str_mv Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
dc.source.none.fl_str_mv
reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
instname:Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
instname_str Universidade de São Paulo (USP)
instacron_str USP
institution USP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)
repository.mail.fl_str_mv virginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.br
_version_ 1809091023766290432