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
Deterministic Self-Stabilising Leader Election for Programmable Matter with Constant Memory
Aix Marseille Univ, CNRS, LIS（艾克斯马赛大学、法国国家科学研究中心、信息学实验室）
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
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
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
Time and Communication Complexity of Leader Election in Anonymous Networks
研究了具有不可区分节点的同步分布式网络中的随机首领选举问题。我们考虑在两种设置中的任意拓扑结构的网络上工作的算法，这取决于网络的大小，即，节点的数量是已知的或未知的。在前一种设置中，我们提出了一个新的领导者选举协议，通过降低消息的复杂性，使其接近一个下限的一个因素$\tilde{O}(\sqrt{t_{mix}\sqrtΦ})$，其中$Φ$是电导和$t_{mix}$是混合时间的网络图，提高了以前的工作。然后，我们表明，缺乏网络的大小没有领导选举算法可以保证选举是最终的恒定概率，即使与无界通信。因此，我们进一步将该问题分类为不可撤销的领导者选举（经典的问题，需要n的知识-正如我们的第一个协议一样）或可撤销的领导者选举，并在不知道网络大小的情况下提出了一种新的多项式时间和消息复杂度的可撤销领导者选举算法。我们分析了时间和消息的复杂性，我们的协议在拥塞模型的通信。
2021-01-14 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
Distributed Renaming with Subquadratic Bits via Scalable Committee Election
Nanjing University（南京大学）；CRRC Zhuzhou Institute（中车株洲研究所）；Tengen Intelligence Institute（天能智能研究院）；University of Chinese Academy of Science, Nanjing（中国科学院大学南京分院）
本文提出两种随机算法，能够在不共享随机性的情况下，实现强且顺序保持的重命名，同时在多项式对数时间内以子二次通信成本处理拜占庭故障，引入了可扩展的委员会选举原语以解决分布式计算问题。
2026-05-18 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
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
D-DEMOS: A distributed, end-to-end verifiable, internet voting system
电子投票系统已经成为一种强大的技术，通过降低选举成本，提高选民参与度，甚至允许选民直接验证整个选举程序来改善民主。先前的互联网投票系统具有单点故障，这可能导致可用性、选民保密性或选举结果的完整性的妥协。在本文中，我们提出的设计，实现，安全性分析和评估的D-DEMOS，一个完整的电子投票系统，是分布式的，隐私保护和端到端的可验证的。我们的系统包括一个完全异步的投票收集子系统，它可以立即向选民保证她的投票被记录为投票，而不需要代表选民进行加密操作。我们还包括一个分布式、可复制和容错的公告板组件，该组件存储所有必要的选举相关信息，并允许任何一方阅读和验证完整的选举过程。最后，我们还成立了受托人，即，控制选举结果产生的个人，同时保证隐私和端到端的可验证性，只要他们的绝大多数是诚实的。我们的系统是第一个电子投票系统，其投票操作是人类可验证的，即，即使当投票者的web客户端堆栈潜在地不安全时，投票者也可以在web上投票，而不牺牲其隐私，并且仍然可以确保她的投票被记录为已投。此外，选民可以将选举审计外包给第三方，而不会牺牲隐私。最后，随着审计人员数量的增加，选举舞弊未被发现的可能性呈指数级下降。我们提供了一个模型和系统的安全性分析。我们实现了一个完整的系统的原型，我们测量其性能实验，我们证明了它的能力，以处理大规模的选举。
2015-12-19 cs.CR 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
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
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
Distributed Monitoring of Election Winners
我们考虑分布式选举，其中有一个中心和$k$网站。在这种分布式选举中，每个投票者都对某组候选人有偏好，每个投票者被分配到一个站点，每个站点只知道分配给它的投票者。我们感兴趣的是设计有效的通信协议，允许中心保持一个候选人，以任意高的概率，保证是一个赢家，或至少接近成为一个赢家。我们考虑了各种单一赢家投票规则，如批准投票和评分规则的变体，基于锦标赛的投票规则，以及几个基于回合的投票规则。对于我们考虑的投票规则，我们表明，使用的通信是对数的选民人数，它是可能的中心，以保持这种近似的赢家，也就是说，在任何时候查询的中心可以立即返回一个候选人，这是保证是一个近似的赢家与高概率。我们用下限来补充我们的协议。我们的研究结果是理论性的，涉及到各种场景，如聚合客户的偏好在网上购物网站或连锁超市，并收集来自不同的投票站的政治选举的选票。
2019-07-23 cs.DC cs.DS cs.GT
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
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
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
Paxos vs Raft: Have we reached consensus on distributed consensus?
分布式共识是构造容错的、强一致的分布式系统的基本原语。虽然已经提出了许多分布式共识算法，但只有两个占主导地位的生产系统：Paxos，传统的，以微妙而闻名的算法;以及Raft，一个更近的算法，定位为Paxos的更容易理解的替代品。在本文中，我们考虑的问题，哪种算法，Paxos或筏，是更好的解决方案，分布式共识？我们分析两者，以确定它们是如何不同的描述一个简化的Paxos算法使用筏的术语和务实的抽象。我们发现Paxos和Raft对分布式共识采取了非常相似的方法，不同之处仅在于他们对领导者选举的方法。最值得注意的是，Raft只允许具有最新日志的服务器成为领导者，而Paxos允许任何服务器成为领导者，前提是它更新日志以确保它是最新的。与Paxos不同，Raft的方法非常简单，因为它不需要在leader选举期间交换日志条目。我们推测，Raft的大部分可理解性来自论文的清晰介绍，而不是基础算法的基础。
2020-04-27 cs.DC
Distributed elections in an Archimedean ring of processors
在实际的物理分布的计算机系统中，无限的并行性是不能容忍的。这样的系统，同步或不同步，使用时钟和超时。因此，系统中经过的绝对时间的大小需要满足阿基米德公理。在这种限制下，逻辑上的时间无关的解决方案，可以推导出，但更好的（消息传递的数量），否则是可能的。在没有中央控制的异步处理器的环中的选举中，由各个处理器使用时钟允许确定性的解决方案，该解决方案只需要线性数量的消息传递。为了获得结果，必须假设时钟测量其时间单位的有限比例绝对时间跨度，即环网络中经过的时间的大小满足阿基米德公理。因此，一些基本的微妙之处与分布式计算突出。例如，所需消息传递次数的已知非线性下限被破解。对于同步的情况下，在必要的假设举行了fortiori，该方法是-渐近-最有效的一个，但最佳的数量级。确定性算法是渐近最优的位复杂度，并且，在同步的情况下，也产生一个最佳的方法来确定环的大小。这些结果改进了已有的结果。
2009-05-27 cs.DC cs.DS
Team Formation and Applications
Technion — Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；Reichman University（瑞克曼大学）
本文提出了一种长生命周期的分布式问题Team Formation，并设计了高效的随机算法。通过将多个分布式问题归约为Team Formation，展示了其在领导选举、阈值检测等应用中的价值。
2026-06-28 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
Beyond 2-Edge-Connectivity: Algorithms and Impossibility for Content-Oblivious Leader Election
National University of Singapore（新加坡国立大学）
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
Distributed, End-to-end Verifiable, and Privacy-Preserving Internet Voting Systems
电子投票系统是改善民主的强大技术。不幸的是，现有的投票系统具有单点故障，这可能损害选举结果的可用性、隐私性或完整性。我们提出的设计，实现，安全分析和评估的D-DEMOS套件的分布式，隐私保护，端到端的可验证的电子投票系统。我们提出了两个系统：一个异步和一个最小的时间假设，但更好的性能。我们的系统包括一个分布式的投票收集子系统，不需要代表选民的加密操作。我们还包括一个分布式、可复制和容错的公告板组件，该组件存储所有必要的选举相关信息，并允许任何一方阅读和验证完整的选举过程。最后，我们加入了受托人，他们控制结果的产生，同时保证隐私和端到端的可验证性，只要他们的绝大多数是诚实的。我们的电子投票系统套件是第一个其投票操作是人类可验证的，即，即使当投票者的web客户端堆栈潜在地不安全时，投票者也可以在web上投票，而不牺牲其隐私，并且仍然可以确保她的投票被记录为已投。此外，选民可以将选举审计外包给第三方，而不会牺牲隐私。我们提供了一个模型和系统的安全分析，实现完整的原型，实验测量其性能，并证明其处理大规模选举的能力。最后，我们展示了两个版本的系统之间的性能权衡。我们的系统的初步版本被用于在两次国家级选举的三个投票站进行退出民意调查，并正在被希腊最大的工人工会采用，该工会由50多万成员组成。
2016-08-02 cs.CR 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
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
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。
2026-11-10 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
Election Coding for Distributed Learning: Protecting SignSGD against Byzantine Attacks
Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）
大规模分布式学习算法的最新进展已经通过SignSGD实现了通信高效的训练。不幸的是，一个主要的问题仍然困扰着分布式学习：即拜占庭式的失败可能会导致学习精度的严重下降。本文提出了选举编码，一个编码理论框架，以保证拜占庭鲁棒性的SignSGD与多数表决，它使用最少的工人主通信在两个方向。建议的框架探讨了新的信息理论的限制，找到大多数人的意见时，一些工人可能是恶意的，并铺平了道路，实现强大而高效的分布式学习算法。在这个框架下，我们构建了两种类型的显式代码，随机伯努利码和确定性代数码，可以容忍拜占庭攻击与控制量的计算冗余。对于Bernoulli码，我们提供了估计多数意见的错误概率的上界，这为容忍拜占庭攻击的代码设计提供了有用的见解。至于确定性的代码，我们构造了一个明确的代码，完全容忍拜占庭，并提供严格的上/下界上所需的最小计算冗余。最后，通过使用Python和MPI 4py包在Amazon EC2上进行的深度学习实验，证实了建议的编码方案的拜占庭容忍度。
2020-10-24 cs.DC cs.IT cs.LG
A practical multi-party computation algorithm for a secure distributed online voting system
我们提出了一个在线投票架构的基础上划分的选举在小集群的选民，并使用一个新的多方计算算法获得投票结果的集群。该算法与其他已知算法相比具有一些实用优势，并且不受任何特定密码学概念的约束，因此可以适应未来的密码学需求。与其他在线投票技术相比，我们看到，鉴于没有任何敏感信息存储在任何公共服务器中，并且不需要任何受托人来维护选举过程的合法性，这种新架构不太容易受到黑客攻击和来自不诚实当局的攻击。即使在攻击成功的情况下，与整体选举相关的风险也远远低于任何其他投票系统。该架构还可以与任何其他投票系统相结合，继承两种系统的优点。
2016-03-14 cs.CR cs.DC
Deterministic Leader Election in Anonymous Radio Networks
我们考虑匿名无线电网络中的领导选举模型为简单的无向连通图。节点在同步轮中通信。节点是匿名的，并且执行相同的确定性算法，因此对称性只能以一种方式被破坏：通过节点的不同待用时间。在什么情况下有可能打破对称性，并利用时间作为对称性打破者来选出领导者？为了回答这个问题，我们考虑配置。配置是具有由具有以下含义的非负整数标记的节点的基础图。一个节点可以根据某个全局时钟在其标签上显示的回合中自发唤醒，或者可以在听到其已经唤醒的邻居发送的消息时被唤醒。节点的本地时钟在其唤醒时开始，并且节点不能访问确定其标签的全局时钟。如果存在为该配置选举领导者的分布式算法，则该配置是可行的。我们的主要结果是一个完整的算法表征可行的配置：我们设计了一个集中式决策算法，工作在多项式时间，其输入是一个配置，并决定是否配置是可行的。我们还提供了一个专用的确定性分布式领导选举算法，为每个可行的配置，选举领导人为这个配置的时间$O(n^2σ)$，其中$n$是节点的数量和$σ$是最大和最小的配置标签之间的差异。然后，我们证明，不可能存在一个普遍的确定性分布式算法选举领导者的所有可行的配置。事实上，我们表明，这样一个通用的算法不能存在，甚至类的4节点的可行配置。我们还证明了我们的决策算法的分布式版本不存在。
2020-02-07 cs.DC cs.DS
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$O(D + \l…
2021-08-09 cs.DC cs.DS
Minimalist Leader Election Under Weak Communication
提出一种在弱通信模型下仅需6种状态、无需唯一标识符和网络先验知识的均匀Leader Election协议，系统几乎必然收敛至单领导者状态，耗时约$O(D^2 \log n)$轮，适用于最简单的分布式及生物系统。
2025-05-02 cs.DC
SIDLE: Semantically Intelligent Distributed Leader Election Algorithm for Wireless Sensor Networks
本文介绍了一组无线传感器和执行器网络（WSAN）的部署物联网（IoT）系统在农村地区部署的无人机下降传感器和执行器在一定的位置作为一个网格的六边形形式。节点在硬件和功能上是异构的，因此并非所有节点都能够直接向基站传输数据。原始的只能收集本地数据。然而，那些更复杂的装备有远程无线电遥测和更多的计算能力。功耗优化是设计WSAN的关键因素之一。总功耗必须最小化，因为传感器是自我管理的。按时间基准收集传感器并给电池充电是不可行的。因此，能源消耗优化和收获绿色能源是考虑的其他因素。在这方面，协议被设计成支持这种要求。预处理的数据首先由每个六边形单元的领导者收集和组合。然后，将信息分组发送到头簇。因此，头簇重新处理接收到的信息，并使用各种接收到的信息来描绘区域的更好的全局视图。最后，处理后的信息被发送到最近的基站或移动无人机。
2022-06-14 cs.DC cs.NI
Exact Quantum Algorithms for the Leader Election Problem
本文给出了量子纯和经典纯的第一个分离（即，非加密）计算能力，对可用计算资源的数量没有限制，通过考虑经典分布式计算中一个著名的不可解问题的精确可解性，匿名网络上的“领导者选举问题”。领导者选举问题的目标是从分布的政党中选出一个唯一的领导者。本文认为这个问题的匿名网络，其中每一方都有相同的标识符。众所周知，没有经典算法可以精确地求解（即，在有限时间内无误差）的领导人选举问题的匿名网络，即使它是给定的政党的数量。本文给出了两个量子算法，在给定参与方数目的情况下，当参与方之间通过量子通信链路连接时，该算法可以精确地在多项式轮内解决任何网络拓扑的问题，并且其通信/时间复杂度与参与方数目有关。
2007-12-27 cs.DC cs.DS quant-ph
Singularly Optimal Randomized Leader Election
本文涉及设计分布式算法是奇异最优的，即，算法，同时是时间和消息最优的，在网络中的基本领导选举问题。我们的主要结果是一个随机分布的领导选举算法的异步完整的网络，基本上是（多对数因子）奇异最优。我们的算法使用$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)$时…
2020-08-16 cs.DC cs.DS
Analysis and Enhancements of Leader Elections algorithms in Mobile Ad Hoc Networks
移动自组织网络是一种动态的、自组织的网络，不同于传统的分布式系统。MANET需要一个领导者来协调和组织任务。面临的挑战是有正确的选举算法，选择正确的领导者在移动自组网的各种因素的基础上。在本文中，我们分析了四种用于移动Ad Hoc网络的领导选举算法。在我们的分析中考虑的因素是时间复杂度，消息复杂度，假设考虑，容错和定时模型。我们提出的增强功能包括恢复节点查询当前的领导者，并在选举期间使用候选人，以减少启动新的选举会话的开销。此外，更好的选择标准，如电池寿命和信号强度，提出了特定的移动自组网。我们的评估和讨论表明，所提出的增强是有效的。分析结果可供系统设计人员在选择合适的移动自组网选举算法时参考。
2012-10-05 cs.CR cs.DC
Quasi-Optimal Leader Election Algorithms in Radio Networks with Loglogarithmic Awake Time Slots
无线电网络（RN）是由$n$无线电站组成的分布式系统。设计并分析了两个RN中无线电台数目未知的分布式领导选举协议$n$。第一种算法在{ \it有限冲突检测}的假设下运行，而第二种算法假设{ \it无冲突检测}可用。“有限冲突检测”的意思是，如果只有一个站发送（广播）消息，那么此时正在侦听的所有站（包括发射机）都会收到发送的消息。相比之下，第二种无冲突检测算法假设站不能同时发送和监听信号。此外，这两种协议都允许站尽可能长时间地保持休眠，从而最小化它们的唤醒时隙（这样的算法被称为{ \it能量高效}）。RN中的两个随机化协议都表示在$O(\log{(n)})$预期时间内选举领导者，没有站在超过$O(\log{\log{(n)}})$时隙内唤醒。因此，一类新的有效算法，建立匹配的$Ω(\log{(n)})$的时间下限由Kushilevitz和Mansour。
2006-07-08 cs.DC cs.NI
Topology Recognition and Leader Election in Colored Networks
网络拓扑识别和领导者选举是网络分布式计算的基本任务。第一种方法要求每个节点找到网络的一个标记同构副本，而第二种方法的结果是单个节点采用标签1（领导者），所有其他节点采用标签0并学习到领导者的路径。我们认为这两个问题的网络中的节点配备了不一定不同的标签称为颜色，并在每个节点的度$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
Tight Communication Bounds for Distributed Algorithms in the Quantum Routing Model
Lancaster University（兰开斯特大学）；Université Paris Cité, CNRS, IRIF（巴黎西岱大学，法国国家科学研究中心，IRIF）；University of Houston（休斯顿大学）
本文提出新的分布式量子算法，在量子路由模型中实现了领导选举、广播、MST和BFS等基本问题的通信优化。
2026-03-02 cs.DC quant-ph
Deterministic Leader Election Among Disoriented Anonymous Sensors
我们解决的领导者选举（LE）的匿名传感器共享没有一种共同的坐标系的网络中的问题。Leader选举是分布式计算中的一个基本对称破缺问题。它的目标是将值1（领导者）分配给其中一个实体，并将值0（非领导者）分配给所有其他实体。本文假设n > 1个无定向匿名传感器，在每个传感器都知道所有传感器的位置的条件下，给出了确定性地选出领导者的传感器位置的一个完整特征。更确切地说，我们的贡献是双重的：首先，假设n个匿名传感器同意他们自己的坐标系的共同手性（手性），我们提供了一个完整的表征传感器的位置确定性地选出一个领导者。其次，我们也提供了这样一个完整的chararacterization传感器，没有一个共同的利手性。这两种特征都依赖于一个特定的对象，即林登词。
2012-02-20 cs.DC cs.MA
Content-Oblivious Leader Election in 2-Edge-Connected Networks
本文研究2-边连通网络中无预先指定领导者的内容无关领导者选举，提出在一般拓扑和环上安静终止的选举算法，驳斥了领导者必要性的猜想，并证明环上完全缺陷与无噪声通信计算等价。
2025-08-19 cs.DC
The Topology of Randomized Symmetry-Breaking Distributed Computing
在过去的二十年里，通过代数拓扑学的视角研究分布式计算已经成为许多重大突破的源泉，特别是在确定性算法的下界或不可能结果的设计方面。本文旨在从代数拓扑的角度研究随机同步分布式计算。我们通过研究广泛的（无输入）破坏性任务来做到这一点，例如，在同步无故障匿名系统中的领导者选举。我们表明，它是可能的，以重新定义可解性的任务“本地”，即，对于协议复合体的每个单纯形单独地，而不需要任何全局一致性。然而，这种方法有一个缺点：它消除了计算的拓扑方面，因为单个面具有平凡的拓扑结构。为了克服这个问题，我们引入了一个“投影”$π$的协议和输出复合物，其中每个单$σ$被映射到一个复杂的$π(σ)$ ;后者有一个丰富的结构，取代了我们失去了考虑一个单一的方面的时间结构。为了显示我们的拓扑方法的意义和适用性，我们推导出解决同步无故障匿名共享内存和消息传递模型中的领导选举的充分必要条件。在这两个模型中，我们都考虑了提供给节点的随机值之间可能存在相关性的场景。特别是，不同的参与方可能可以访问相同的随机性源，因此它们的随机性不是独立的，而是相等的。有趣的是，我们发现领导人选举的可解性与具有相关随机性的政党的数量有关，直接或通过其最大公约数，这取决于特定的通信模型。
2021-05-25 cs.DC cs.DS
Reaching Distributed Equilibrium with Limited ID Space
我们研究的ID空间的大小和合理的代理商在网络中的数量之间的关系，在分布式算法的平衡是可能的。当网络中的代理数量不是先验已知的时，单个代理可以复制以获得优势，假装是多个代理。然而，当id空间有限时，每次重复都有被捕获的风险。通过比较的优势，给定的ID空间的大小$L$的风险，我们提供了一种方法来计算最小阈值$t$，所需的代理网络中，这样的算法是在平衡。也就是说，它是$t$的最小值，使得如果代理先验知道$n \geq t$，则算法处于平衡。我们证明了这种方法，将其应用到两个问题，领导选举和知识共享，以及提供一个恒定的时间近似$t \approx \frac{L}{5}$的最小阈值的领导选举。
2018-04-18 cs.DC cs.GT
Distributed Algorithms in Multihop Broadcast Networks
在现代通信系统中经常使用广播网络。公共广播网络是单跳共享媒体系统，其中所传输的消息被所有邻居听到，例如某些LAN网络。在这项工作中，我们考虑了一个更复杂的环境，其中发送的消息只听到一组邻居，如Ad-Hoc网络，卫星和无线电网络，以及无线多站骨干系统的移动通信。因此，设计有效的算法来适应这样的环境是非常重要的。我们的主要结果是一个新的领导选举算法，具有O（n）的时间复杂度和O（n*lg（n））的消息传输复杂度。我们的分布式解决方案使用的信息传播与反馈（PIF）构建块调谐到广播媒体，和一个特殊的计数和加入的方法，选举程序阶段。后者是实现线性时间所必需的。它表明，广播模型需要的解决方案，这是从已知的点对点模型不同。
1999-09-08 cs.DC cs.NI
Near Optimal Leader Election in Multi-Hop Radio Networks
我们提出了分布式随机领导人选举协议的多跳无线电网络，选举领导人在几乎相同的时间$T_{BC}$所需的广播消息。对于没有冲突检测的设置，我们的算法运行在$O(D \log \frac{n}{D} + \log^3 n) \min\{\log\log n,\log \frac{n}{D}\}$轮的任何$n$节点网络直径$D$高概率。由于$T_{BC} = Θ(D \log \frac{n}{D} + \log^2 n)$是一个下界，我们的上界是最优的，最多为$\log \log n$的一个因子和加法项上的额外$\log n$因子。此外，该算法是用于该设置的第一个$O(n)$时间算法。我们的算法改进了一个25岁的模拟方法的酒吧Yehuda，Goldreich和Itai与$O(T_{BC} \log n)$运行时间：在1987年，他们设计了一个快速广播协议，随后在1989年，他们展示了它如何可以用来模拟一轮的单跳网络，有冲突检测在$T_{BC}$的时间。该仿真的主要应用是对Willards单跳领导者选举协议进行仿真，该协议在$O(\log n)$轮中以高概率选出领导者，在期望的$O(\log \log n)$轮中选出领导者.虽然后来证明威拉德边界是紧的，但不清楚模拟方法是否是最佳的。我们的研究结果打破了这一障碍，并基本上消除了对数减速的广播时间$T_{BC}$远离模拟方法。我们还给出了一个…
2014-04-03 cs.DC cs.DS
Discussion of Quantum Consensus Algorithms
领导者选举是云计算、分布式系统、任务编排和区块链等许多领域的关键流程。通常，在分布式系统中，网络需要选择一个领导者，负责不同处理器之间的同步，数据存储，信息分发等。
2022-06-09 cs.DC quant-ph
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
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
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
A Space-Time Trade-off for Fast Self-Stabilizing Leader Election in Population Protocols
本文研究了 population model 中的自稳定领导者选举问题，提出了一种参数化协议，通过新颖的冲突检测技术在状态数和时间之间实现权衡，使用更少状态实现了渐近最优时间，并解决了先前工作中的开放问题。
2025-05-02 cs.DC
Verification of Peterson's Algorithm for Leader Election in a Unidirectional Asynchronous Ring Using NuSMV
大多数分布式算法的有限内在本质使我们能够使用模型检验工具来验证这类算法。在本文中，我试图使用NuSMV作为一个模型检验工具，验证必要的性质彼得森的领导选举问题的单向异步环形拓扑结构的算法。Peterson的异步环算法假设环中的每个节点都有一个唯一的ID和一个用于处理存储问题的队列。考虑到队列可以有任何值的组合，一个只有四个节点的环的构造模型将有超过十亿个状态。虽然似乎模型检验是不是一个可行的方法，这个问题，我试图使用几个有效的限制性假设雇用正式的模型检验的方法，而不会失去正确的功能的彼得森算法。这些强制限制假设的目标是模型检验过程中的自由度，并显着减少CPU时间，内存使用和页面错误的总数。通过部署这些限制，在NuSMV的模型检验过程中，节点数量可以从4个增加到8个。
2008-08-07 cs.DC cs.LO
Content-Oblivious Leader Election on Rings
本文研究无特殊根节点的内容无关计算，通过在环上实现内容无关领导者选举来移除根假设，给出有向环算法及消息复杂度下界，并扩展至无向环。
2024-05-06 cs.DC cs.DS
Making local algorithms efficiently self-stabilizing in arbitrary asynchronous environments
本文提出转换器，将任意终止型同步局部算法转为在不公平守护进程下移动与轮数均高效的异步静默自稳定算法，并给出着色、BFS树、k-聚类和领导者选举实例。
2023-07-13 cs.DC
Distributed backbone structure for deterministic algorithms in the SINR model of wireless networks
信干噪比（SINR）物理模型是无线网络的合理模型之一。尽管在SINR物理模型下对支持无线通信的集中式算法的设计和分析进行了大量的研究，但对该模型中的分布式算法，特别是确定性算法知之甚少。在这项工作中，我们构建，在一个确定性的分布式方式，骨干结构上的一个给定的无线网络，它可以用于转换许多算法设计在一个简单的模型ad hoc广播网络的干扰与统一的功率站的SINR物理模型，而不会增加他们的渐近时间复杂度。骨干数据结构构建的时间开销仅为O（Delta polylog n）轮，其中Delta大致为网络密度的倒数，n为整个网络的节点数。该结构的核心是一种新的组合结构，称为信干噪比选择器，这是本文介绍和构造。我们证明了权力的骨干数据结构，通过使用它获得有效的O（D+Delta polylog n）轮和O（D+k+Delta polylog n）轮确定性分布式解决方案的领导人选举和多广播，分别，其中D是网络直径和k是要传播的消息的数量。
2012-07-16 cs.DC
