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从 Least Common Ancestors 推断 DAG 和 Phylogenetic 网络

Inferring DAGs and Phylogenetic Networks from Least Common Ancestors

Anna Lindeberg, Anton Alfonsson, Vincent Moulton, Guillaume E. Scholz, Marc Hellmuth

arXiv
2025年11月11日

定向鰰凹图(DAG)中两片叶子的最不共同的祖先(LCA)是一个顶点,它是两片叶子的祖先,没有适当的后代,也是它们共同的祖先。 LCA在根树中捕获等级关系,更普遍的是DAGs。 1981年,Aho等人介绍了一个问题,即确定一组对X的LCA约束,即i,j)<(k,l)与i,j,k,l∈X的形式(i,j),k,l∈X,是否可以通过根树来实现,其叶子集为X,因此,每当(i,j)<(k,l),i,j的LCA是k,l的后代。 他们还提出了一个多项式时间算法BUILD来解决这个问题。 然而,许多这样的约束系统不能被任何树实现,这引发了一个问题,即它们是否可以被更普遍的DAG实现。 我们将Aho等人的框架从树扩展到DAG,为在这个更广泛的环境中推理LCA约束提供了理论和算法基础。 给定LCA约束的集合R,我们定义其+关闭R^+,捕获R所暗示的额外LCA关系。 使用R^+,我们构造一个规范的DAG G_R,并证明R是DAG可实现的,只有当它由G_R实现。 我们进一步将这种构造适应系统发育网络,定义规范网络 N_R 并证明它是常规的,即它与其底层集系统的 Hasse 图相吻合。 最后,我们表明,对于任何可实现 DAG 的 R ,它的经典闭包——包括每个 DAG 实现 R 的所有 LCA 约束——都与其 + 闭合相吻合。 所有构造在多项式时间都是可计算的,我们为每个构造提供显式算法。

A least common ancestor (LCA) of two leaves in a directed acyclic graph (DAG) is a vertex that is an ancestor of both leaves and has no proper descendant that is also their common ancestor. LCAs capture hierarchical relationships in rooted trees and, more generally, in DAGs. In 1981, Aho et al. introduced the problem of determining whether a set of pairwise LCA constraints on a set X, of the form (i,j)<(k,l) with i,j,k,l∈ X, can be realized by a rooted tree whose leaf set is X, such that wheneve...