Four Shades of Deterministic Leader Election in Anonymous Networks
Leader选举是分布式计算的基本问题之一：必须指定一个称为leader的节点。这个任务可以用弱方式来表述，其中一个节点输出“领导者”，而所有其他节点输出“非领导者”，或者用强方式来表述，其中所有节点也必须学习哪个节点是领导者。如果网络的节点具有不同的标识符，那么这样的协议意味着所有节点都必须输出所选领导者的标识符。对于匿名网络，强版本的领导者选举要求所有节点必须能够找到一条通往领导者的路径，因为这是识别领导者的唯一方法。对于任何知道网络地图的领导者选举（弱或强）可能的网络，存在一个最小时间可以完成。我们认为，在匿名网络的背景下，在文献中讨论的领导者选举的四个配方：一个是弱配方，和其他三个指定的三种不同的方式找到的领导者在强配方的路径。我们的目标是比较在最短的时间内完成领导人选举的“四种阴影”中的每一种所需的初始信息量。我们表明，在最短的时间内完成领导人选举的弱制定所需的信息量是指数小于所需的任何强配方。因此，如果将所需的建议量用作任务难度的度量，则在最短时间内最弱版本的领导者选举比在最短时间内任何版本的强制定都要容易得多。
2020-09-14 cs.DC
Lower Bounds for Shared-Memory Leader Election under Bounded Write Contention
针对随机无障碍算法，给出了具有单写多读（SWMR）寄存器的异步共享内存模型中leader选举的单步复杂度的严格对数下界.该方法扩展到下限的随机无障碍算法使用多写寄存器下有界写并发，显示之间的权衡的领导者选举算法的单步复杂性，和最坏情况下的竞争引起的处理器在执行。
2022-03-25 cs.DC
Leader Election in Multi-Hop Radio Networks
在本文中，我们提出了一个框架，在多跳无线电网络的领导选举产生随机领导选举算法，以$O(\text{broadcasting time})$的期望，另一个产生算法，以固定的$O(\sqrt{\log n})$倍的广播时间。两者都有很高的成功概率。我们将展示如何实现这些框架在无线电网络中没有冲突检测，并在网络中的冲突检测（实际上在严格较弱的哔哔声模型）。在这样做时，我们获得了第一个最佳的预期时间领导选举算法在这两种设置，也提高了最坏情况下的运行时间在有向网络中没有冲突检测的$O(\sqrt {\log n})$因素。
2019-03-16 cs.DC
Time-Optimal Self-Stabilizing Leader Election on Rings in Population Protocols
在种群协议模型下，提出了一个有向环上的自稳定的首领选举协议。给定群体大小$n$的上限$N$，所提出的协议从任何配置开始在$O(nN)$预期步骤内选举唯一的领导者，并使用$O(N)$状态。如果给定的上界$N$是渐近紧的，即，$N=O(n)$。
2020-09-23 cs.DC
Leader Election for Anonymous Asynchronous Agents in Arbitrary Networks
我们研究了在一个无向图模型的任意网络中移动代理之间的领导选举问题。网络的节点是未标记的，所有代理都是相同的。因此，在智能体中选出领导者的唯一方法是利用它们在图中初始位置的不对称性。智能体不知道图或他们在图中的位置，因此他们必须通过在图中导航来获得这些知识，并与其他智能体共享以完成领导者选举。这可以通过使用代理会议来完成，这是困难的，因为它们的异步性质：对手完全控制代理的速度。在这种对抗性的情况下，什么时候可以选出一个领导人，以及如何做到这一点？我们给出了一个完整的答案，这个问题的特点是所有的初始配置的领导人选举是可能的，并通过构建一个算法，完成领导人选举的所有配置，这可以做到这一点。
2012-05-29 cs.DC
Improved Deterministic Leader Election in Diameter-Two Networks
本文研究了直径为2的网络中的领袖选举问题。最近，Chatterjee等人[DC 2020]研究了直径为2的网络中的领导者选举。他们提出了一种$O(\log n)$ -轮确定性{隐式}领导选举算法，该算法产生最佳$O(n\log n)$消息，但其算法的缺点是它需要$n$的知识。一个重要的问题--是否有可能消除对$n$知识的假设--在他们的论文中没有解决。在他们的论文中提出的另一个有趣的公开问题是，{ \em显式}领导者选举是否可以在$\tilde{O}(n)$消息中确定性地解决。在本文中，我们对这些问题给予了肯定的回答。此外，我们解决了{ \em广播问题}，另一个基本问题，在分布式计算，确定性直径为2的网络与$\tilde{O}(n)$消息和$\tilde{O}(1)$轮没有知识的$n$。事实上，我们解决了Chatterjee等人提出的所有悬而未决的问题。在直径为2的网络中的确定性领导选举问题。据我们所知，这是直径为2的网络中显式领导选举的第一个$\tilde{O}(n)$确定性结果，也没有$n$的知识。
2023-02-22 cs.DC
Leader Election in Well-Connected Graphs
在本文中，我们期待在同步分布式网络中的随机领导选举的问题，特别关注的消息的复杂性。我们提供了一个算法，解决了隐式版本的领导者选举（其中非领导者节点不需要知道领导者的身份）在任何一般网络与$O(\sqrt{n} \log^{7/2} n \cdot t_{mix})$消息和$O(t_{mix}\log^2 n)$时间，其中$n$是节点的数量和$t_{mix}$是指网络图$G$中的随机游走的混合时间。对于几类连接良好的网络（具有大电导或小混合时间，例如扩展器，超立方体等），上述结果意味着非常有效的（次线性运行时间和消息）领导者选举算法。相应地，我们表明，任何实质性的改进是不可能的，我们的算法，提出了一个几乎匹配的随机领导人选举的下限。我们表明，$Ω(\sqrt{n}/ϕ^{3/4})$消息是必要的任何领导者选举算法，成功的概率至少$1-o(1)$，其中$ϕ$是指一个图的电导。据我们所知，这是第一个工作，表现出的时间和消息的复杂性之间的依赖关系，以解决领导选举和连接的图形$G$，这往往是其特征在于由图形的电导$ϕ$。除了在[Kutten等人，J.ACM 2015]（其中$m$表示图的边数），这项工作还提供了一般网络中领导选举的第一个非平凡下界之一。
2019-01-02 cs.DC
The Complexity of Leader Election: A Chasm at Diameter Two
研究了同步分布式网络中Diameter 2隐式领导选举的消息复杂度。Kutten等人[JACM 2015]显示了$Ω(m)$（$m$是网络中边的数量）关于（隐式）领导者选举的消息复杂度的基本下限，该下限也适用于具有恒定成功概率的Monte Carlo随机算法;该下限适用于直径至少为3的图。另一方面，对于完全图（即，直径为1的图），Kutten et al. [TCS 2015]建立了随机领导选举的消息复杂度的$\tildeΘ(\sqrt{n})$的紧界（$n$是网络中的节点数）。对于直径为2的图，其复杂性是未知的。在本文中，我们解决了这个复杂性的直径为2的网络中的领导选举的消息复杂性的$\tildeΘ(n)$的紧界。与Kutten等人先前的两个结果一起，我们的研究结果充分表征了领导选举的消息复杂度与图直径的关系。
2018-09-02 cs.DC
Leader Election Requires Logarithmic Time in Population Protocols
本文证明了在种群协议模型中，每个领袖选举协议在期望和高概率下都需要对数稳定时间。即使每个代理人都知道人口的确切规模，并且允许使用任意大量的代理状态，这个下限也成立。该下限得出结论，[Sudo et al.，SSS 2019]在预期中是时间最优的。
2019-11-02 cs.DC
Sublinear Bounds for Randomized Leader Election
本文研究了同步分布式网络中的{ \em随机化}领导者选举问题。提出了一种适用于完全$n$节点网络的分布式领导者选举算法，该算法在O（1）轮中运行，并且（以高概率）仅使用$O(\sqrt{n}\log^{3/2} n)$消息来选举唯一的领导者（以高概率）。当考虑“显式”变体的领导者选举，最终每个节点都知道领导者的身份，我们的算法产生的渐近最优的界限O（1）轮和O（n）的消息。然后将该算法推广到求解任意连通非二部$n$ -节点图$G$在$O(τ(G))$时间和$O(τ(G)\sqrt{n}\log^{3/2} n)$消息中的领导者选举问题，其中$τ(G)$是随机游走在$G$上的混合时间.上述结果意味着高效率的（次线性运行时间和消息）的领导选举算法的网络与小混合时间，如扩展和超立方体。相比之下，以前的领导者选举算法至少有线性的消息复杂性，即使在完全图。此外，超线性消息下界是已知的时间有效的{ \em确定性}领导选举算法。最后，我们提出了一个几乎匹配的随机领导选举的下限，表明$Ω(\sqrt n)$消息是必要的任何领导选举算法，成功的概率至少为$1/e + \eps$，任何小常数$\eps > 0$。我们认为我们的结果是理解分布式网络中领导者选举的随机复杂性的一步。
2013-05-15 cs.DC cs.DS
Reputation-Based Leader Election under Partial Synchrony: Towards a Protocol-Independent Abstraction with Enhanced Guarantees
本文提出了一种协议无关的领导者选举抽象方法，设计了SWLE机制，通过动态调整声誉分数实现拜占庭成本放大，实验显示其在吞吐量、延迟和拜占庭领导者频率方面优于现有方案。
2025-12-16 cs.DC
Almost logarithmic-time space optimal leader election in population protocols
人口协议的模型是指一个简单的不可区分的实体，通常称为{ \em代理}的大集合。代理通过成对交互进行通信和执行计算。我们研究快速和空间有效的领导人选举人口基数$n$由随机调度，在每个时间步的调度均匀随机选择的互动正是一对代理。我们提出了第一个$o(\log^2 n)$时间的领导选举协议。我们的解决方案在预期的并行时间$O(\log n\log\log n)$，这是等价于$O(n \log n\log\log n)$成对的相互作用。这是目前已知的最快的领导者选举算法，其中每个代理利用渐近最佳数量的$O(\log\log n)$状态。新协议成功地合并和融合了各种{ \em合成硬币}与可变速率{ \em相位时钟}的功率。
2018-05-13 cs.DC
Time-optimal Loosely-stabilizing Leader Election in Population Protocols
研究了种群协议模型中的首领选举问题。在人口协议的实用设置中，自稳定是一个高度期望的功能，由于其故障恢复能力和初始化自由的好处。然而，自稳定的领导选举的设计是可能的，只有在一个强有力的假设（即知识的\emph{exact}规模的网络）和丰富的计算资源（即状态的数量）。由Sudo等人[Theoretical计算机科学，2012]引入的松散稳定是一种有前途的自稳定放松概念，以解决上述问题。松稳定保证了从任何配置开始，网络将在短时间内达到一个安全的配置，其中存在单个领导者，并且此后它将在很长一段时间内保持单个领导者，但不是永远。本文的主要贡献是一个时间最优的松散稳定的领导者选举协议。虽然迄今为止在松散稳定的领导者选举中实现的最短收敛时间是$O(\log^3 n)$并行时间，但所提出的具有设计参数$τ\ge 1$的协议获得了$O(τ\log n)$并行收敛时间和$Ω(n^τ)$并行保持时间（即保持唯一领导者的时间段的长度），两者都在预期中。该协议是时间最优的意义上的收敛和保持时间的期望，因为任何松散稳定的领导人选举协议具有相同长度的保持时间是已知的，需要$Ω(τ\log n)$并行时间。
2020-05-20 cs.DC
Agent-based Leader Election, MST, and Beyond
本文首次研究移动智能体上的领导者选举，提出无需图参数的O(m)轮选举算法，并用于构建最小生成树及改进其他分布式图问题的时间/内存复杂度。
2024-05-22 cs.DC cs.DS cs.MA
ESCAPE to Precaution against Leader Failures
基于领导者的共识协议必须经历一个观点改变阶段，以在当前领导者失败时选举新的领导者。新的领导者通常是在从法定数量的服务器收集选票的候选服务器上决定的。然而，基于投票的选举机制在每个候选人只获得部分选票时，本质上会导致领导候选人资格的竞争。这种分裂投票的情况可能会导致没有领导权的赢家，并延长不受欢迎的观点转变期。在本文中，我们调查了一个案例研究筏的领导人选举机制，并提出了一个新的领导人选举协议，称为ESCAPE，从根本上解决了分裂票的优先级服务器的基础上，他们的日志响应。ESCAPE通过Raft的周期性心跳动态地分配具有不同优先级的配置的服务器。在每次分配中，ESCAPE跟踪服务器日志响应，并将倾向于赢得选举的配置分配给更新的服务器，从而准备一个优先级较高的候选者池。因此，在下一次选举时，具有最高优先权的候选人将击败其对手，成为下一任领导人，没有竞争。实验结果表明，ESCAPE算法随着簇规模的扩大，逐步减少了簇首选举时间，在消息丢失的情况下，这种改进更加显著。
2022-02-18 cs.DC
Fast Approximate Counting and Leader Election in Populations
我们研究了种群协议的领导者选举和种群规模计数问题：有限状态匿名代理网络在统一随机调度下随机交互。我们展示了一个协议的领导人选举，终止于$O(\log_m(n) \cdot \log_2 n)$并行时间，其中$m$是一个参数，使用$O(\max\{m,\log n\})$状态。通过在一个常数和$n$之间调整参数$m$，得到了一个时间和空间在$O(\log^2 n)$到$O(\log n)$时间和$O(\log n)$到$O(n)$状态之间平滑折衷的单一领导选举协议.最后，我们给出了一个协议，它提供了一个上限$\hat{n}$的大小$n$的人口，其中$\hat{n}$是最多$n^a$的一些$a>1$。该协议假设在种群中存在唯一的领导者，并在$Θ{(\log{n})}$并行时间中稳定，在每个节点中使用恒定数量的状态，除了需要使用$Θ{(\log^2{n})}$状态的唯一领导者。
2018-06-07 cs.DC
Beyond 2-Edge-Connectivity: Algorithms and Impossibility for Content-Oblivious Leader Election
本文研究了在内容无关通信模型下，利用拓扑知识实现领导选举的算法与不可能性，证明了非对称树和特定图结构的领导选举可行性。
2025-11-28 cs.DC
PALE: Partially Asynchronous Agile Leader Election
针对动态异步分布式环境下现有领导者选举算法适用性受限的问题，提出仅需弱假设即可在网络变化中运行的PALE算法，证明其正确性并分析复杂度，且易于扩展。
2018-01-11 cs.DC
Silent Self-Stabilising Leader Election in Programmable Matter Systems with Holes
Aix Marseille Univ, CNRS, LIS（艾克斯-马赛大学）；Paderborn University（帕德博恩大学）
本文提出了一种在可编程物质系统中实现自稳定领导者选举的算法，通过粒子运动和方向感克服经典不可能性结果。
2026-03-09 cs.DC
Analysis and Enhancements of Leader Elections algorithms in Mobile Ad Hoc Networks
移动自组织网络是一种动态的、自组织的网络，不同于传统的分布式系统。MANET需要一个领导者来协调和组织任务。面临的挑战是有正确的选举算法，选择正确的领导者在移动自组网的各种因素的基础上。在本文中，我们分析了四种用于移动Ad Hoc网络的领导选举算法。在我们的分析中考虑的因素是时间复杂度，消息复杂度，假设考虑，容错和定时模型。我们提出的增强功能包括恢复节点查询当前的领导者，并在选举期间使用候选人，以减少启动新的选举会话的开销。此外，更好的选择标准，如电池寿命和信号强度，提出了特定的移动自组网。我们的评估和讨论表明，所提出的增强是有效的。分析结果可供系统设计人员在选择合适的移动自组网选举算法时参考。
2012-10-05 cs.CR cs.DC
Fast Space Optimal Leader Election in Population Protocols
人口协议模型是指越来越流行的理论框架，适用于研究大量简单的不可区分的实体（通常称为代理）之间的成对相互作用。本文重点研究了在随机调度器控制下的种群协议中快速选举领导者的空间复杂度，随机调度器在n个智能体的种群中均匀随机地选择两两交互。本文的主要结果是一个新的快速和空间最优的领导者选举协议。新的协议利用O（log^2 n）并行时间（这相当于O（n log^2 n）顺序成对交互），每个代理操作O（log log n）状态。这种双对数空间使用匹配渐近的下限1/2 log log n的最小数量的状态所需的代理在任何领导者选举算法的运行时间为o（n/polylog n）。我们的解决方案利用相位时钟的概念，一个基本的同步和协调工具，在分布式计算的优势。我们提出了一个新的快速和强大的人口协议初始化的相位时钟同时运行在多种模式和交织的领导人选举过程。我们还为读者提供了相关的正式论证，表明我们的解决方案总是正确的，并且速度快，概率高。
2018-03-27 cs.DC
Leader Election in Trees with Customized Advice
Leader选举是分布式计算中的一个基本对称破缺问题。网络中的所有节点都必须同意一个节点，称为领导者。如果网络的节点有不同的标签，那么在单个节点上达成一致意味着所有节点都必须输出当选领导者的标签。如果节点是匿名的，则领导者选举的任务如下：网络的每个节点必须输出一条从它开始的简单路径，该路径被编码为端口号序列，使得所有这些路径都在一个共同的节点，即领导者结束。本文研究了匿名树中的确定性首领选举问题。我们的目标是建立之间的权衡分配的时间$τ$和信息量，必须给{ \em先验}的网络节点，使领导选举的时间$τ$。遵循{具有建议的\em算法}的框架，该信息在开始时由知道整个树的oracle以分配给所有节点的二进制串的形式提供给所有节点。有两种可能的变体来表达这个建议任务。提供给所有节点的字符串是相同的，或者分配给不同节点的字符串可能是潜在不同的，即，建议可以{ \em自定义}。相对于以前的文件，领导人选举的建议，在本文中，我们认为后者的选择。所有分配的二进制字符串的最大长度称为{通知的\em大小}。对于一个给定的时间$τ$分配给领导选举，我们给出了上界和下界的最小尺寸的建议足以执行领导选举的时间$τ$。除了一对外，我们所有的边界都紧到乘法常数，在这个例外的情况下，上限和下限之间的差距非常小。
2017-02-12 cs.DC cs.DM
Distributed protocols for spanning tree construction and leader election
我们提出了快速确定性的分布式协议在同步网络中的领导选举和生成树的建设。这些协议是在网络中的节点具有标识符但标识符的大小是无限的假设下设计的。因此，协议的时间界限取决于标识符的大小。我们提出了快速协议运行的时间$O(D\log L+L)$，其中$L$是最小标识符的大小和$D$是网络的直径。
2016-05-03 cs.DC
Dynamic Tuning of Election Parameters for Timely Leader Failover in State Machine Replication
Toyohashi University of Technology（丰桥技术科学大学）
针对状态机复制中领导者故障转移的OTS时间受选举参数影响的问题，提出Dynatune动态调优选举参数，使Raft和Multi-Paxos的故障检测与OTS时间显著降低，同时维持可用性。
2026-08-25 cs.DC
Polylogarithmic-Time Leader Election in Population Protocols Using Polylogarithmic States
人口协议是有限状态代理的网络，随机交互，并使用简单的规则更新它们的状态。尽管它们极其简单，但这些系统已被证明可以协同执行复杂的计算任务，例如模拟寄存器机器来计算标准算术函数。选举一个独特的领导者代理是一个关键的要求，在这样的计算结构。然而，目前已知的用于选举领导者的最快人口协议仅具有线性稳定时间，并且最近已经表明，没有人口协议使用每个节点的恒定数量的状态可以克服这个线性约束。本文利用多对数记忆状态，给出了具有多对数稳定时间的第一个种群首领选举协议。协议结构非常简单：每个节点都有一个相关的值，并且是领导者（仍在竞争中）或奴才（跟随某个领导者）。一个领导者不断增加自己的价值，并在一对一的互动中“击败”其他领导者，如果遇到价值更高的领导者，它就会退出竞争，成为一个奴才。重要的是，如果一个领导者遇到一个绝对值更高的奴才，他也会退出。虽然这些规则非常简单，但证明该算法实现了多对数稳定时间是不平凡的。特别是，该论点结合了集中不平等与反集中界限的谨慎使用，表明领导者的价值观随着执行的进展而分散，这反过来又意味着落后的领导者很快就会被淘汰。我们补充我们的分析与实证结果表明，我们的协议稳定非常快，即使是大的网络规模。
2017-04-16 cs.DC
ZePoP: A Distributed Leader Election Protocol using the Delay-based Closeness Centrality for Peer-to-Peer Applications
本文提出ZePoP分布式领导者选举协议，以基于延迟的接近中心性为优化目标，在动态P2P网络中选举最优领导者并构建数据收集与分发树，通过理论证明和实验验证其有效性。
2023-08-05 cs.DC cs.NI
Leader Election in the Internet of Things: Challenges and Opportunities
在Ad hoc网络中，特别是在无线传感器网络（WSNs）和物联网（IoT）中，领导节点的不同功能包括生成用于加密/解密的密钥，找到具有最小能量的节点或位于网络极端侧的节点。物联网的一个重要应用是监控任何危险、敏感或不可访问的站点。这种类型的应用程序需要选举一个位于网络最左边的领导者。实际上，然后可以使用任何领导者选举（LE）算法来找到这个节点，然后开始寻找其边界节点的过程。然而，所选择的算法必须是容错和鲁棒的，因为在这种情况下检测节点故障变得不可能。本文调查了在这个方向上进行的最重要的工作，突出了挑战，并提出了可能的扩展。
2020-06-28 cs.DC cs.NI
Singularly Near Optimal Leader Election in Asynchronous Networks
本文涉及设计{ \em奇异最优}的分布式算法，即，对于{\em异步}网络中的基本领导者选举问题，提出了{\em同时}时间和消息{ \em最优}的算法。Kutten等人（JACM 2015）提出了一种用于一般{ \em synchronous}网络的奇异近似最优随机领导选举算法，该算法在$O(D)$时间内运行，并以高概率使用$O(m \log n)$消息（其中$D$、$m$和$n$分别是网络的直径、边数和节点数）。\footnote{Throughout, "with high probability" means "with probability at least $1-1/n^c$, for constant $c$."}这两个界限都接近最优（直到对数因子），因为$Ω(D)$和$Ω(m)$是用于领导者选举的时间和消息的各自的下限，甚至对于同步网络，甚至对于（蒙特卡洛）随机算法。另一方面，对于一般的异步网络，领导者选举算法只知道是时间或消息最优的，但不是两者兼而有之。Kutten等人（DISC 2020）提出了一种随机异步领导者选举算法，该算法对于\emph{complete networks}非常接近最优，但对于一般网络则没有解决问题。本文表明，奇异接近最优（多对数因子）的界限，可以实现一般的{ \em异步}网络。我们提出了一个随机奇异近优领导选举算法，运行在$O(D + \l…
2021-08-09 cs.DC cs.DS
Deterministic Leader Election Takes $Θ(D + \log n)$ Bit Rounds
领导者选举和一致性问题是分布式计算的核心问题之一。本文提出了一种分布式算法，称为\STT，用于在任意网络中确定性地选举领导者，假设处理器具有大小为$O(\log n)$的唯一标识符，其中$n$是处理器的数量。它在$O(D +\log n)$轮中选举一个领导者，其中$D$是网络的直径，消息大小为$O(1)$。因此，它的位轮复杂度为$O(D +\log n)$。这大大改进了位循环复杂度为$O(D\log n)$的最佳已知算法。事实上，使用Kutten et al.（2015）的下界和Dinitz and Solomon（2007）的结果，我们证明了\STT的位轮复杂度是最优的（直到一个常数因子），这是理解选举问题的时间和消息最优性之间相互作用的重要一步。我们的算法不需要$n$或$D$等图形知识，并且我们引入的打破$O(D\log n)$障碍的流水线技术是通用的。
2018-09-07 cs.DC
Deterministic Leader Election for Stationary Programmable Matter with Common Direction
本文在无手性但具有共同方向假设的Amoebot模型中，提出了一种无需移动的隐式终止算法，以静态且确定性的方式选举出唯一的领导者。
2024-02-16 cs.DC
Leader Election via Unique Sink Orientation
CNRS, Aix Marseille Univ, LIS（法国国家科学研究中心，艾克斯-马赛大学）；Paderborn University（帕德博恩大学）
本文针对可拆卸图类，通过每边一位或每节点O(Δ)位的标签和局部约束，首次实现了领导者选举的局部可检查标记（LCL）表示，并给出将任意有限标签和局部约束转换为静默自稳定算法的通用方法。
2026-06-01 cs.DC
Deterministic Leader Election in Programmable Matter
Technion - IIT（以色列理工学院）
解决一个基本的问题，在可编程的问题，我们提出了第一个确定性的算法，以选出一个独特的领导者在一个系统的连接变形虫假设只有变形虫最初合同。以前的算法要么使用随机化，做出各种假设（没有孔的形状，或者已知的共享手性），或者在某些情况下选出几个共同领导者。我们在构建算法中引入的一些构建块本身是有趣的，特别是我们提出的在变形虫之间达到共同手性的过程。考虑到前导选举和手性协议构建块，已知可以执行或改进可编程物质中的各种任务。新算法的主要思想是利用变形虫的移动能力，这是以前的领导者选举算法没有使用的。
2019-05-02 cs.DC cs.DS cs.RO
Time vs. Information Tradeoffs for Leader Election in Anonymous Trees
领导者选举任务要求网络中的所有节点在单个节点上达成一致。如果网络中的节点是匿名的，则领导者选举的任务如下：网络中的每个节点$v$必须输出一条简单的路径，该路径被编码为端口号序列，使得所有这些路径在一个公共节点（领导者）处结束。本文研究了匿名树中的确定性首领选举问题。我们的目标是建立分配的时间$τ$和信息量之间的权衡，必须给予$\textit{a priori}$的节点，使领导人选举的时间$τ$在所有树的领导人选举在这个时候是在所有可能的。遵循$\textit{algorithms with advice}$的框架，该信息（单个二进制字符串）在开始时由知道整个树的oracle提供给所有节点。此字符串的长度称为$\textit{size of advice}$。对于一个分配的时间$τ$，我们给出了上界和下界的最小尺寸的建议足以执行领导选举的时间$τ$。我们考虑$n$ -直径为$diam \leq D$的节点树。虽然领导人选举的时间$diam$可以执行没有任何建议，时间$diam-1$，我们给紧的上限和下限的$Θ(\log D)$。对于时间$diam-2$，我们给出了$diam$的偶数值时$Θ(\log D)$的紧上下界，以及$diam$的奇数值时$Θ(\log n)$的紧上下界.对于时间间隔$[β\cdot diam, diam-3]$为常数$β>1/2$，我们证明了一个上限的$O(\…
2015-06-26 cs.DC cs.DS
Exploiting Spontaneous Transmissions for Broadcasting and Leader Election in Radio Networks
我们研究了两个基本的通信原语：广播和领导者选举的经典模型的多跳无线电网络与未知的拓扑结构和没有冲突检测机制。近20年来，人们已经知道，在具有n个节点和直径D的无向网络中，随机广播需要Omega（D log n/D + log^2 n）轮，假设不知情的节点不允许通信（直到它们被告知）。直到最近，Haeupler和Wajc（PODC'2016）才表明，对于具有自发传输的模型，这个界限可以稍微改进，提供了O（D log n loglog n / log D + log^O（1）n）时间的广播算法。本文给出了一个新的更快的广播算法，该算法在O（Dlogn/logD + log^O（1）n）时间内以高概率完成广播。这产生了第一个O（D）时间的最优广播算法，只要D是n中的多项式。此外，我们的方法可以应用于设计一个新的领导者选举算法，我们的广播算法的性能相匹配。以往的快速随机领导者选举算法都是以广播为子程序的，其复杂度严格渐近大于广播的复杂度。特别地，Ghaffari和Haeupler（SODA'2013）的最快的先前已知的随机化领导者选举算法以高概率需要O（D log n/D min{loglog n，log n/D} + log^O（1）n）-时间。新算法的时间复杂度为O（Dlogn/logD + log^O（1）n），并且当D是n中的多项式时，算法的时间复杂度为O（D）.
2017-03-06 cs.DC
Fair Leader Election for Rational Agents in Asynchronous Rings and Networks
我们研究了一个博弈论模型，其中一个联盟的处理器可能会串通偏见的协议的结果，在那里我们假设处理器总是喜欢任何合法的结果超过一个非合法的。我们证明了公平领袖选举问题和公平掷硬币问题是等价的，并重点讨论了公平领袖选举问题。我们的主要重点是有向异步环的$n$处理器，在那里我们调查的协议提出的亚伯拉罕等。\cite{abraham2013distributed}和研究Afek等。\cite{afek2014distributed}。我们表明，在一般情况下，该协议是弹性的，只有次线性的大小联盟。具体来说，我们表明，$Ω(\sqrt{n\log n})$随机定位的处理器或$Ω(\sqrt[3]{n})$ adversarially定位的处理器可以强制任何结果。我们补充说，该协议是弹性的任何敌对联盟的大小$O(\sqrt[4]{n})$。我们提出了一个修改的协议，并表明，它是弹性的大小$Θ(\sqrt{n})$的每一个联盟，表现出攻击和弹性的结果。对于每一个$k \geq 1$，我们定义了一个家庭的图形${\mathcal{G}}_{k}$，可以模拟树中的每个节点模拟最多的$k$处理器。我们发现，对于${\mathcal{G}}_{k}$中的每个图，没有公平的领导者选举协议，是弹性的联盟的大小$k$。我们的结果概括了亚伯拉罕等人以前的结果。\cite{abraham2013distributed}…
2018-05-15 cs.DC
Time-optimal self-stabilizing leader election in population protocols
我们认为标准的人口协议模型，（先验）不可区分的和匿名的代理人根据均匀随机调度进行交互。自稳定领导选举问题要求协议从任何可能的初始配置收敛到单个领导代理。我们开始研究人口协议的时间复杂度，解决这个问题，在其原始设置：概率为1，在一个完整的通信图。唯一以前已知的协议蔡，泉，和田[Theor. Comput.系统50]以预期的并行时间$Θ(n^2)$运行，并且在$n$代理的群体中具有最佳的$n$状态数。现有的协议具有其变得静默的附加属性，即，智能体的状态最终停止改变。观察到任何沉默协议解决自稳定的领导人选举需要$Ω(n)$预期的并行时间，我们介绍了一个沉默协议，使用最佳的$O(n)$并行时间和状态。没有任何沉默的限制，我们表明，它是可能的解决自稳定的领导人选举的渐近最佳预期并行时间的$O(\log n)$，但至少使用指数状态（准多项式位数）。我们所有的方案（以及Cai等人的方案）通过解决更困难的排名问题来工作：为代理分配等级$1,\ldots,n$。
2021-11-29 cs.DC
Toward Optimality: A Tighter Analysis of Message Complexity for Leader Election in Diameter-Two Networks
Indian Statistical Institute（印度统计研究所）
本文改进了Chatterjee等人提出的随机算法的信息复杂度，将消息复杂度从O(n log³n)降至O(n logn)，同时保持O(1)轮次和高概率正确性。
2026-04-20 cs.DC
Exact Quantum Algorithms for the Leader Election Problem
本文给出了量子纯和经典纯的第一个分离（即，非加密）计算能力，对可用计算资源的数量没有限制，通过考虑经典分布式计算中一个著名的不可解问题的精确可解性，匿名网络上的“领导者选举问题”。领导者选举问题的目标是从分布的政党中选出一个唯一的领导者。本文认为这个问题的匿名网络，其中每一方都有相同的标识符。众所周知，没有经典算法可以精确地求解（即，在有限时间内无误差）的领导人选举问题的匿名网络，即使它是给定的政党的数量。本文给出了两个量子算法，在给定参与方数目的情况下，当参与方之间通过量子通信链路连接时，该算法可以精确地在多项式轮内解决任何网络拓扑的问题，并且其通信/时间复杂度与参与方数目有关。
2007-12-27 cs.DC cs.DS quant-ph
Population protocols for leader election and exact majority with O(log^2 n) states and O(log^2 n) convergence time
我们考虑人口协议模型，它可以被看作是一个序列的随机成对的相互作用的$n$代理（节点）。我们显示人口协议的两个问题：领导人选举和确切的多数投票。领导者选举开始于处于相同初始状态的所有代理，目标是当恰好一个代理处于不同状态$L$时收敛到（全局）状态。确切的多数投票从每个代理在两个不同状态之一$A$或$B$开始，目标是使所有节点知道这两个状态中的哪一个是初始多数状态，即使多数只是通过一次投票。Alistarh和Gelashvili [ICALP 2015]展示了一种领导者选举协议，该协议在$O(\log^3 n)$时间w.h.p.和期望中收敛，每个代理需要$Θ(\log^3 n)$状态。我们提出了一个协议，选举领导人在$O(\log^2 n)$时间w.h.p.和预期，并使用$Θ(\log^2 n)$状态每个代理。对于确切的多数表决，我们显示了一个人口协议具有相同的渐近性能：$O(\log^2 n)$时间和$Θ(\log^2 n)$状态每个代理。Alistarh等人[PODC 2015]提出的精确多数协议实现了预期的$O(\log^2 n)$时间，但需要$A$和$B$之间相对较高的初始不平衡或每个代理的大量状态。最近，Alistarh等人[SODA 2017]展示了这两个问题的$O(\log^2 n)$状态协议，其中精确多数协议在时间$O(\log^3 n)$上收敛，领导者选举协议在时间$…
2017-05-02 cs.DC
Deterministic Self-Stabilising Leader Election for Programmable Matter with Constant Memory
本文提出了一种确定性自稳定算法，用于在具有常数内存的可编程物质系统中选举唯一领主，利用二维三角网格特性实现首个此类算法。
2025-12-05 cs.DC
Leader Election and Gathering for Asynchronous Transparent Fat Robots without Chirality
本文提出了一种分布式算法，确定性地收集n（n> 4）异步，胖机器人。机器人被假定为透明的，并且它们具有完全可见性。机器人最初被认为是静止的。机器人在运动中是可见的。机器人不存储过去的动作。它们是匿名的，不能通过它们的外观来区分，并且没有共同的坐标系或手性。机器人不通过消息传递进行通信。在所提出的收集算法中，一个机器人一次向其目的地移动。移动的机器人被选择为唯一有资格移动的机器人，直到它到达目的地。在领带的情况下，本文提出了一种领导者选举算法，该算法产生的机器人的排序和排序中的第一个机器人成为领导者。排序是唯一的，在这个意义上，每个机器人，其特点是它的位置，同意相同的排序。我们表明，如果一组机器人可以订购，那么他们可以收集确定性。该文件还描述的情况下，订购是不可能的。本文还提出了一个重要的事实，如果领导选举是可能的，那么聚集模式的形成是可能的，即使没有手性。
2012-08-22 cs.DC
Communication Efficient Self-Stabilizing Leader Election (Full Version)
本文提出了一种随机自稳定算法，该算法在一般的$n$ -节点无向图中选出一个领导者$r$，并构造一棵以$r$为根的生成树$T$.该算法在同步消息传递网络模型下工作，假设节点知道$n$上的线性上界，并且每个边缘具有对其两个端点都已知的唯一ID（或者，替代地，假设$KT_{1}$模型）。该算法的亮点是其优越的通信效率：它保证发送的总$\tilde{O} (n)$消息，每个恒定的大小，直到稳定，而稳定在$\tilde{O} (n)$轮，在预期和高概率。在稳定之后，该算法每轮发送最多一个恒定大小的消息，同时仅在$T$的（$n - 1$）边缘上通信。在所有这些方面，新算法的通信开销远远小于现有的（大多是确定性的）自稳定的领导者选举算法。该算法是相对简单的，主要依赖于已知的模块，是常见的无故障的领导人选举文学，这些模块被增强了各种微妙的方式，以组装成一个通信有效的自稳定算法。
2020-08-12 cs.DC
Quality of Service of an Asynchronous Crash-Recovery Leader Election Algorithm
在异步分布式系统中，很难评估参与计算的进程之一是否正确运行或失败。为了克服这个问题，分布式算法创建使用不可靠的故障检测器，捕获在一个抽象的方式，以评估一个过程的运行状态所需的时间假设。一种特殊类型的故障检测器是领导者选举，它指示没有失败的单个进程。这些故障检测器的不可靠性意味着它们可能会出错，但是如果要在实践中使用它们，则必须对这些检测器的最终行为进行限制。这些限制被定义为检测器提供的服务质量（QoS）。许多作品已经解决了这个问题，创建故障检测器与可预测的QoS，但只有崩溃停止进程和同步系统。本文提出并分析了一种新的领导选举算法NFD-L的异步崩溃恢复故障模型，是有效的，在其使用稳定的内存和消息交换的行为。
2017-04-20 cs.DC
Optimal Space Lower Bound for Deterministic Self-Stabilizing Leader Election Algorithms
本文证明在任意有界度网络中，确定性自稳定领导者选举算法每节点需Ω(log log n)位寄存器，从而确立O(log log n)空间复杂度为最优下界，并推广至所有匿名算法不可解的问题。
2023-02-27 cs.DC cs.DS
Asynchronous Deterministic Leader Election in Three-Dimensional Programmable Matter
Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Corona del Sol High School（科罗纳德尔索尔高中）
针对三维可编程物质，提出基于面心立方晶格的分布式算法，在非公平顺序敌手下O(n)轮内确定性选举唯一领导者，并利用并发控制框架转化为非公平异步敌手下首个领导者选举算法。
2022-11-16 cs.DC cs.MA cs.RO
Compact Deterministic Self-Stabilizing Leader Election: The Exponential Advantage of Being Talkative
本文主要研究领导选举问题的紧致确定性自稳定解。当要求协议是\emph{silent}时（即，当通信内容在任何执行期间从某个时间点起保持固定时），对于参与领导者选举的每个节点，存在存储器的Ω（\log n）位的下限（其中n表示系统中的节点数）。这个下界甚至在环中也成立。我们提出了一个新的确定性（非沉默）自稳定协议的n节点环，只使用O（\log \log n）每个节点的内存位，并稳定在O（n \log^2 n）轮。我们的协议有几个有吸引力的功能，使其适合于实际用途。首先，通信模型与现有编译器用于真实网络的模型相吻合。第二，环的大小（或该大小的任何上限）不需要被任何节点知道。第三，节点标识符可以具有各种大小。最后，除了弱公平调度器之外，没有同步假设。因此，我们的研究结果表明，也许令人惊讶的是，交易沉默指数改善的记忆空间并没有在稳定时间或最小假设的高成本。
2014-01-20 cs.DC
A Quasi-Optimal Leader Election Algorithm in Radio Networks with Log-Logarithmic Awake Time Slots
无线电网络（RN）是由$n \ge 2$无线电站组成的分布式系统（\textit{ad hoc networks}）。假设数目$n$未知，两个不同的模型RN无冲突检测（\textit{no-CD}）解决：模型与\textit{weak no-CD} RN和一个与\textit{strong no-CD} RN。我们设计和分析了两个分布式的领导选举协议，每一个运行在上述两个（无CD RN）模型，分别。两个随机化协议都被示出为在$\BO(\log{(n)})$预期时间内选举领导者，没有站在多于$\BO(\log{\log{(n)}})$时隙内被唤醒（这样的算法被称为\textit{energy-efficient}）。因此，建立了一类新的有效算法，匹配的$Ω(\log{(n)})$的时间下限由Kushilevitz和Mansour。
2006-07-07 cs.DC cs.NI
Singularly Optimal Randomized Leader Election
本文涉及设计分布式算法是奇异最优的，即，算法，同时是时间和消息最优的，在网络中的基本领导选举问题。我们的主要结果是一个随机分布的领导选举算法的异步完整的网络，基本上是（多对数因子）奇异最优。我们的算法使用$O(n)$消息与高概率和运行在$O(\log^2 n)$时间（高概率），以选出一个独特的领导者。$O(n)$消息复杂度应当与领导者选举算法的确定性消息复杂度的$Ω(n \log n)$下限（与时间无关）形成对比，该下限由Korach、Moran和Zaks（TCS，1989）针对异步算法以及由Afek和Gafni（SIAM J.Comput.，1991年）的同步网络。因此，我们的结果也分离了随机和确定性领导选举的消息复杂性。更重要的是，我们用于获得最佳$O(n)$消息复杂度的$O(\log^2 n)$的（随机化）时间复杂度显著小于由Afek和Gafni以及由Singh获得的长期存在的$\tildeΘ(n)$时间复杂度（SIAM J.Comput.，1997年）的异步网络中的消息最优（确定性）选举。在同步完全网络中，Afek和Gafni给出了一个具有$O(\log n)$时间和$O(n \log n)$消息的基本奇异最优确定性算法。Ramanathan等人（Distrib. Comput. 2007）使用随机化来提高消息复杂度，并且示出了具有$O(n)$消息和$O(\log n)$时…
2020-08-16 cs.DC cs.DS
Improved Bully Election Algorithm for Distributed Systems
选举领导者是分布式计算系统中的一个经典问题。进程之间的同步通常需要一个进程充当协调器。如果选出的领导者节点失败，系统的其他节点需要选举另一个领导者，而不会浪费太多时间。在同步分布式计算系统中，欺负算法是一种经典的领导者选举方法，用于确定优先级最高的进程作为协调者。本文讨论了Bully算法的局限性，并提出了一种简单有效的Bully算法，减少了选举过程中的消息数量。分析仿真结果表明，该算法比Bully算法具有更少的消息传递和更少的阶段。
2014-02-28 cs.DC
Compact Self-Stabilizing Leader Election for Arbitrary Networks
本文提出了一种适用于任意网络的自稳定的领导选举算法，其空间复杂度为$n$ -节点网络中的$O(\max\{\log Δ, \log \log n\})$位数，最大度为$Δ$。在$n$中，只要$Δ= n^{o(1)}$长，该空间复杂度就是次对数。迄今为止，已知的任意网络的最佳空间复杂度是每个节点的$O(\log n)$位数，而具有亚对数空间复杂度的算法仅适用于环。据我们所知，我们的算法是第一个算法的自稳定领导选举打破$Ω(\log n)$界沉默算法在任意网络。打破这一界限是通过设计一个（非沉默）自稳定算法，使用复杂的工具，如解决距离-2着色问题，在沉默的自稳定方式，空间复杂性$O(\max\{\log Δ, \log \log n\})$位每个节点。解决后一个着色问题允许我们实现生成树的亚对数编码-存储邻居的ID需要每个节点的$Ω(\log n)$位，而我们使用每个节点的$O(\max\{\log Δ, \log \log n\})$位编码生成树。此外，我们将展示如何构建这种compensated生成树，而不依赖于变量编码的距离或节点数，因为这两种类型的变量也需要每个节点的$Ω(\log n)$位。
2017-02-24 cs.DC
Distributed leader election and computation of local identifiers for programmable matter
本文的背景是可编程物质，它由一组计算元素组成，称为粒子，在一个无限的图形。所考虑的无限图是正方形，三角形和国王网格。每个粒子占据一个顶点，可以与相邻粒子通信，具有相同的顺时针方向，并知道邻居粒子的局部位置。在这些假设下，我们描述了一个新的领导选举算法影响变量的粒子，称为k-本地标识符，在这样一种方式，在近距离的粒子有每个不同的k-本地标识符。对于所有提出的算法，粒子只需要一个O（1）-存储空间。
2018-07-27 cs.DC cs.DM cs.DS
Convergence of some leader election algorithms
我们从一组n个参与人开始。以某种概率P（n，k），我们杀死n-k个参与者;其他人活着，我们重复他们。在只有一个参与者之前，阶段（或回合）的数量X_n的分布是什么？我们提出了一个概率分析，该算法在一定条件下的概率分布P（n，k），包括随机单调性和假设，大约一个固定比例的α的球员生存在每一轮。本文证明了X_n-log_an n的一种分布收敛性，其中基a=1/alpha，与许多其它类似问题一样，存在振荡，没有真正的极限分布，但适当的连续性是收敛的，并且存在一个绝对连续的随机变量Z，使得X_n的分布可以近似为Z+log_an n四舍五入到最近的大整数.一般结果的应用包括领袖选举算法，其中玩家被淘汰的独立硬币投掷和领导者选举算法的变化提出的W.R.富兰克林我们进一步研究后者的算法，包括数值结果。
2008-02-11 cs.DC math.PR
Quantum Communication Advantage for Leader Election and Agreement
本研究提出量子分布式算法，在多种网络拓扑下显著优于经典算法，为领导者选举和共识问题带来量子通信优势，并首次提出量子分布式算法消息复杂度的设计分析框架。
2025-02-11 cs.DC cs.DS quant-ph
Topology Recognition and Leader Election in Colored Networks
网络拓扑识别和领导者选举是网络分布式计算的基本任务。第一种方法要求每个节点找到网络的一个标记同构副本，而第二种方法的结果是单个节点采用标签1（领导者），所有其他节点采用标签0并学习到领导者的路径。我们认为这两个问题的网络中的节点配备了不一定不同的标签称为颜色，并在每个节点的度$d$端口是任意编号的$0,1,\dots, d-1$。有色网络是标记网络和匿名网络的推广。在有色网络中，拓扑识别和领导选举并不总是可行的。因此，我们研究两个更一般的问题。问题的目的是TOP（resp。LE），对于一个着色网络和给定给它的节点的输入$I$，是解决拓扑识别（分别为.如果在输入$I$下这是可能的，则在该网络中进行领导者选举），否则使所有节点回答“不可解”。我们表明，网络的节点可以解决问题TOP和LE，如果他们被赋予，作为输入$I$，一个上限$k$上的一个给定的颜色的节点的数量，称为这种颜色的大小。另一方面，我们表明，如果节点的输入不绑定任何颜色的大小，那么TOP和LE的答案必须是“不可解的”，即使是环类。在给定节点颜色大小的上界$k$的假设下，研究了在$LOCAL$中求解TOP和LE问题的时间.我们给出了一个算法来解决这些问题中的每一个在任意$n$节点网络的直径$D$在时间$O(kD+D\log(n/D))$。我们还表明，这个时间是最佳的，通过展示类的网络中，每个算法解决问题TOP或LE必须使用时间…
2016-01-28 cs.DC
