36
All-to-all broadcast problems on Cartesian product graphs Jen-Chun Lin 林林林 林林林林 林林林林林 林林林林林林 林林林林林林林林

All-to-all broadcast problems on Cartesian product graphs Jen-Chun Lin 林仁俊 指導教授:郭大衛教授 國立東華大學 應用數學系碩士班

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All-to-all broadcast problems onCartesian product graphs

Jen-Chun Lin林仁俊

指導教授:郭大衛教授國立東華大學

應用數學系碩士班

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Outline• Introduction• Main result

• Reference

3, allfor 2

1)C □ ( .1

nmmn

Ct nm

1 ,3 ,, allfor 1

1)12()K □( .2 12

nmnmn

nmCt nm

1 ,, allfor 224

)K □( .3 1212

nmnmnm

nmmnKt nm

Ν

n

nQt

n

n allfor 14

)( .4 2

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Introduction

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Suppose each vertex has a private message needed to send to every other vertices(all-to-all broadcast). At each time unit, vertices exchange their messages under the following constraints:

(1) only one message can travel a link at a time unit

(2) a message requires one time unit to be transferred between two nodes

(3) each vertex can use all of its links at the same time

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Chang et al.

They gave upper and lower bounds for all-to-all broadcast number (the shortest time needed to complete the all-to-all broadcast) of graphs and give formulas for the all-to-all broadcast number of trees, complete bipartite graphs and double loop networks under this model.

Gt

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All-to-all broadcasting numbers of Cartesian product of

cycles and complete graphs

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Given a graph G and a positive integer t, we use G◦t to denote the multigraph obtained from G by replacing each edge in E(G) with k edges

uv .,...,, 21 tuvuvuv

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1 2

34

①②

②③

1AB 2AB 3AB

3G 1AD

1CD

1BC

2AD

2CD

2BC

3AD

3CD

3BC

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3AH 3

BH

3CH3

DH

1AB

1BC

1CD

1DA

2BC

2DA

2CD

2AB

3BC

3DA

3AB

3CD

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For a graph G with a set ofedge-disjoint subgraphs of G◦t isa t-broadcasting system of G.

,,...,, 110 nvvvGVtv

tv

tv n

HHH110

,...,,

system ngbroadcasti-3

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Theorem

32

1)C □ (

nmmn

Ct nm , all for

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0,0 2,01,0

0,1 1,1

1,2

0,3

3,0

0,4

1,3

1,4 2,4

2,2

2,3

3,1

3,4

3,3

3,2

2,1

0,2

⑥ ⑦

⑨⑨ ⑩

The broadcasting tree .10C □ 5410

0,0 0,0a for of CH

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0,0 2,01,0

0,1 1,1

1,2

0,3

3,0

0,4

1,3

1,4 2,4

2,2

2,3

3,1

3,4

3,3

3,2

2,1

0,2 ①

⑤ ⑥

⑤ ⑥ ⑦

The broadcasting tree .10C □ 5410

2,10,0 5,4 1,2a for of CH

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Lemma

Given a graph G, if and only if there

exists a t-broadcasting systm of G.

tGt

2

1)C □ (

mntCt nm

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Lemma

For any graph G with ,

m

nnGt

)1(

mGEnGV and

2

1

2

1)C □ (

mn

mn

mnmnCt nm

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Theorem

32

1)C □ (

nmmn

Ct nm , all for

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Theorem

1 ,3 ,, allfor 1

1)12()K □( 12

nmnmn

nmCt nm

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0,0 2,01,0

0,1 1,1

1,2

0,3

3,0

0,4

1,3

1,4 2,4

2,2

2,3

3,1

3,4

3,3

3,2

2,1

0,2

4,0

4,1

4,4

4,3

4,2

The perfect broadcasting tree .8K □ 557

0,0 0,0a for of CH

① ② ③ ④

⑤ ⑥

⑦ ⑧

⑤ ⑥

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Theorem

1224

)K □( 1212

nmnmnm

nmmnKt nm ,, all for

For positive integers m and n withWe set

.1nm

when when

when

nmn

nmnm

nmn

nm

nm

nm

3,3

32,

2,2

,

,

,

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3

1

The subgraph .6K □ 596

0,0 KH of

0,0

0,2

0,1

0,4

0,3

6,03,02,01,0 7,04,0 8,05,0

1

1

2

2

1 1 12 2 2 2

3 3 3 3

3

4

4 4 4

4

4

5

5 5 5

5

5

6

6 6 6

6

6

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0,0

0,1

6,03,02,01,0 7,04,0 8,05,0

0,2

0,4

0,3

7

7

7

7 7

7

88

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All-to-all broadcasting numbers of hypercubes

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Theorem

114

)( 2

n

nQt

n

n all for

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ijabandabbbbaaaQ

niiaaaaQ

PPPPPQ

PPPQ

jjiinnn

inn

n

n

4

41101102

1102

44

222222

222

1:,...,,,...,,)E(

1,3,2,1,0:,...,,)V(let

C ...□ □C □C

□... □ □ □... □ □

□... □ □

For a vertex the weight of ,denoted by , is defined by

Definition

.1

0

n

iiavw

,,...,, 2110 nn QVaaav in v

vw

0

3 2

1

n個

2Pn個

2P2n個

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For the set the right-shift of elements in is a function from to definedBy =

Definition

,AAAAn nA

nA nA

.,...,, 110n

n Aaaa

110 ,...,, nk aaa 11011 ,...,,,,...,, knkk aaaaaa

nk k .10,

1,0,3,2,13 =ex:

3,2,1,1,0

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• the orbit of v, denoted by

• A vertex v in is said to be

Definition

.vO

1,...,2,1,0: nkvO kv

nQV 2

nO

nO

v

v

if : type2if :type1

2

nOv

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Definition

2 type is Let

and1 type is Α Let:vQVv

:vQVv

n

n

2

2 ,

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Theorem

Ν

n

nQt

n

n all for 14

)( 2

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Lemma

(0,0,………,0)

(1,0,………,0) (0,1,………,0) (0,0,………,1)

………方向1 方向

2

方向n

1vw

2vw (2,0,………,0) (0,2,………,0) (0,0,………,2)

(1,0,………,1) (1,1,………,0)

vwuw

andQEvn A with uvertex u i

ists a , there exvwwith in ΑFor each v

n

.1

2

2

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Lemma

is in Aaaaau

ni i then is in BaaaIf v

nii

n

.,...,1,...,,

,10,,,...,,

1410

110

(1,1,………,1)

(0,1,………,1)

B

A

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6

2

0,0

0,1 1,0

0,2 1,1 2,0

0,3 1,2 3,0 2,1

3,1 1,3 2,2

3,2 2,3

3,3

1 1

2

443 3

5 5

6

7

7

8

.848

0,0 of Qtree H

ting t broadcasThe perfec

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