Approximating Small Sparse Cuts
本文针对稀疏割和小集扩张问题,提出基于样本集扩展与割匹配博弈的多项式时间近似算法,达到 polylog k 近似,并改进相关推论。
2024-03-13 cs.DS
Approximating the Quadratic Transportation Metric in Near-Linear Time
计算两个点云之间的二次传输度量(也称为$2$ -Wasserstein距离或均方根距离),或者更一般地,两个离散分布,是机器学习,统计学,计算机图形学和理论计算机科学中的基本问题。由于Agarwal和Sharathkumar在2014年的一系列工作,一个复杂的几何算法达到了高潮,该算法在时间$\tilde{O}(n^{3/2})$中运行,其中$n$是点数。然而,获得更快的算法已被证明是困难的,因为已知$2$ -Wasserstein距离具有较差的草图和嵌入属性,这限制了几何方法的有效性。在本文中,我们给出了一个非常简单的确定性算法与$\tilde{O}(n)$运行时使用一个完全不同的方法的基础上熵正则化,近似Sinkhorn缩放,和高斯核矩阵的低秩近似。我们给我们的算法的维数和精度的近似明确的依赖。
2018-12-16 cs.DS math.OC
An Efficient Implementation of the Robust Tabu Search Heuristic for Sparse Quadratic Assignment Problems
我们提出并开发了一个有效的实现稀疏二次分配问题的鲁棒禁忌搜索启发式。传统的启发式算法适用于所有二次分配问题,对于大小为N的问题,每次迭代的复杂度为O(N^2)。使用多个优先级队列,以确定下一个最佳的移动,而不是扫描所有可能的移动,并使用邻接列表,以最大限度地减少所需的操作,以确定移动的成本,我们减少每次迭代的渐近复杂度为O(N log N)。对于实际规模的问题,复杂度为O(N)。
2010-09-24 cs.DS
Approximating Edit Distance in Near-Linear Time
我们展示了如何在n^(1+o(1))时间内计算两个长度为n的字符串之间的编辑距离,最大为2^{sqrt(log n))}。这是该问题的第一个子多项式近似算法,在近线性时间内运行,改进了最先进的n^(1/3+o(1))近似。以前,2^{sqrt(log n))}的近似仅用于将编辑距离嵌入到l_1中,并且不知道该嵌入是否可以在小于二次时间内计算。
2011-09-26 cs.DS
Approximating acyclicity parameters of sparse hypergraphs
超树宽度和广义超树宽度的概念是由Gottlob、Leone和Scarcello为了推广超图无环性的概念而引入的。这些概念被Grohe和Marx进一步推广,他们引入了超图的分数超树宽度。超图的宽度参数对数据库理论和人工智能中的许多问题的扩展处理都是有用的。本文研究了稀疏超图的(广义、分数)超树宽的可逼近性,其中稀疏性判据反映了它们关联图的稀疏性。我们的第一步是证明一个超图H的(广义的,分数)超树宽度夹在它的关联图的树宽度的常数因子,当关联图属于一些顶点-子-自由图类。这决定了组合边界,在该边界之上,(广义的,分数的)超树宽度的概念变得比树宽度更普遍,证明了它作为超图非循环性度量的功能。虽然对于更一般的稀疏超图族,关联图的树宽和所有超树宽度参数可以任意不同,但是存在其中常数因子近似算法是可能的稀疏族。特别地,我们给出了关联图属于某个无H-子图类的超图的(广义,分数)超树宽度的常数因子近似多项式时间算法。
2008-09-22 cs.CC cs.DS
On Approximating (Sparse) Covering Integer Programs
我们考虑覆盖整数规划的形式min $\langle c, x \rangle $在$x \in \mathbb{N}^n $受到$A x \geq b $和$x \leq d$的近似算法,其中$A \in \mathbb{R}_{\geq 0}^{m \times n}$,$b \in \mathbb{R}_{\geq 0}^m$,和$c, d \in \mathbb{R}_{\geq 0}^n$都有非负的条目。我们把这个问题称为$\operatorname{CIP}$,没有多重性约束的特殊情况称为$x \le d$,称为$\operatorname{CIP}_{\infty}$。这些问题是集覆盖问题的推广。我们做了两个算法上的贡献。首先,我们表明,一个简单的算法的基础上随机四舍五入与改变改善或匹配的最佳已知的近似算法$\operatorname{CIP}$和$\operatorname{CIP}_{\infty}$在广泛的参数设置,这些界限基本上是最佳的。作为变更算法和分析的简单性的副产品,我们可以去随机化算法,而不会在近似保证或效率方面有任何损失。Chen,Harris和Srinivasan [12]先前的工作获得了近紧边界,该工作基于基于分析复杂的基于重采样的随机算法。$\operatorname{CIP}$的非平凡近似算法基于求解用背包覆盖(KC)不等式加强的自然LP松弛[…
2018-11-18 cs.DS
Quantum algorithm for approximating the expected value of a random-exist quantified oracle
该研究提出将量子振幅放大与估计相干组合的算法,在计算随机存在量化预言机期望值(玩家对自然决策有有效反应的概率)时实现二次加速,优于最优经典算法。
2024-11-30 cs.DS quant-ph
Approximating LCS in Linear Time: Beating the $\sqrt{n}$ Barrier
最长公共子序列是组合优化中最基本的问题之一。除了理论上的重要性,LCS在生物信息学、修订控制系统和数据比较程序中有着巨大的应用。虽然一个简单的动态程序计算LCS在二次时间,它最近已被证明,这个问题承认一个条件下限,并可能无法解决在真正的次二次时间。除此之外,LCS在近似算法方面是出了名的困难。除了在时间上获得$n^{x}$近似解的平凡采样技术$O(n^{2-2x})$之外,LCS没有其他已知的。这是在形成鲜明对比,它的双重问题编辑距离,在过去的二十年中获得了几个线性时间的解决方案。
2020-03-16 cs.DS
Settling SETH vs. Approximate Sparse Directed Unweighted Diameter (up to (NU)NSETH)
我们证明了几个紧密的结果细粒度的复杂性近似的直径的图。首先,我们证明了,对于任何$\varepsilon>0$,假设强指数时间假设(SETH),有没有近线性时间$2-\varepsilon$ -近似算法的直径稀疏有向图,即使在未加权图。这个结果表明,一个简单的近线性时间2近似算法的直径是最佳的SETH下,回答了一个问题,从调查的Rubinstein和Vassilevska-Williams(SIGACT '19)的情况下,有向图。在同一项调查中,Rubinstein和Vassilevska-Williams还询问是否有可能证明在$O(n^{1.499})$时间内有向图中没有直径的$2-\varepsilon$近似算法。我们表明,假设一个假设称为NSETH,不能使用一个确定性的SETH为基础的减少,以排除这种算法的存在。扩展技术在这两个结果中,我们表征是否$2-\varepsilon$近似算法运行在时间$O(n^{1+δ})$的直径稀疏有向未加权图可以排除由确定性的基于SETH的减少每个$δ\in(0,1)$和基本上每个$\varepsilon\in(0,1)$,假设NSETH。这解决了SETH-硬度的近似直径的稀疏有向未加权图的确定性减少,NSETH。我们对基于SETH的随机化约简进行了相同的表征,假设另一个称为NUNSETH的假设。我们证明了无向图的额外的硬度和非约化结果。
2021-04-01 cs.DS
Approximating Sparsest Cut in Low-Treewidth Graphs via Combinatorial Diameter
针对低树宽图的稀疏割问题,提出基于组合直径的算法,实现因子O(k^2)近似且运行时间2^{O(k)}poly(n),并推广至常数因子近似,显著改进了现有结果。
2021-11-11 cs.DS
Approximating Dynamic Time Warping Distance Between Run-Length Encoded Strings
动态时间规整(DTW)是一种广泛使用的相似性度量,用于比较编码时间序列数据的字符串,其应用领域包括生物信息学,签名验证和语音识别。DTW的标准动态编程算法需要$O(n^2)$时间,并且存在条件下限,表明没有算法可以做得更好。然而,在许多应用程序中,字符串$x$和$y$可能包含长串的重复字母,这意味着它们可以使用行程长度编码进行压缩。一个自然的问题是这些压缩字符串之间的DTW距离是否可以根据压缩字符串的长度$k$和$\ell$有效地计算。最近的工作已经表明如何实现$O(k\ell^2 + \ell k^2)$时间,留下了一个开放的问题,是否可能存在一个近二次$\tilde{O}(k\ell)$时间算法。我们表明,如果一个小的近似损失是允许的,那么一个近二次时间算法确实是可能的:我们的算法计算$(1 + ε)$ -近似$DTW(x, y)$在$\tilde{O}(k\ell / ε^3)$的时间,其中$k$和$\ell$是在$x$和$y$运行的数量。我们的算法允许$DTW$计算在任何度量空间$(Σ, δ)$中的距离是$O(log(n))$位整数。令人惊讶的是,即使$δ$没有在$Σ$上引入度量空间(例如,$δ$不需要满足三角不等式)。
2022-07-02 cs.DS
Fast Algorithms for Sparse PCA and Robust Sparse Estimation
University of Wisconsin-Madison(威斯康星大学麦迪逊分校);Carnegie Mellon University(卡内基梅隆大学)
针对稀疏PCA认证问题,提出运行时间为$O(d^2+d k^{O(\log k)})$的双准则算法,并在样本访问模型中实现次二次时间,首次为鲁棒稀疏估计提供二次及次二次算法。
2026-09-10 cs.DS
VieM v1.00 -- Vienna Mapping and Sparse Quadratic Assignment User Guide
本文作为一个用户指南的映射框架VieM(维也纳映射和稀疏二次分配)。我们给出了一个粗略的概述框架内使用的技术,并描述了用户界面以及使用的文件格式。
2017-03-16 cs.DC cs.DS math.CO
Breaking the Variance: Approximating the Hamming Distance in $\tilde O(1/ε)$ Time Per Alignment
计算长度为$m$的给定模式与长度为$n$的文本中的每个位置之间的汉明距离的算法任务是字符串算法中最基本的算法任务之一。不幸的是,有证据表明,对于大小为$n$的文本$T$和大小为$m$的模式$P$,人们不能计算在时间上小于$\tilde O(n\sqrt m)$的$T$中所有位置的精确汉明距离。然而,Karloff~ \cite{karloff}表明,如果一个人愿意遭受$1\pmε$近似,那么就有可能在$\tilde O(\frac n {ε^2})$时间内以高概率解决问题。由于在单向通信复杂度模型中计算两个字符串的汉明距离的相关下界,强烈认为获得用于求解近似版本的算法不能作为$\frac 1 ε$的函数更快地完成。我们在这里表明,这种信念是假的,通过引入一个新的$\tilde O(\frac{n}ε)$时间算法,成功的概率很高。我们的算法背后的主要思想,这是常见的稀疏恢复问题,是减少一个特定的随机化实验的方差(近似)分离重量级人物从非重量级人物。然而,虽然已知的稀疏恢复技术在向量上工作得很好,但它们似乎不适用于这里,这里我们处理的是字符对之间的失配。我们介绍两个主要的算法成分。第一种是一种新的稀疏恢复方法,适用于对输入(例如在我们的设置中)。第二个是一个新的哈希/投影函数的构造,它允许计算导致两个字符之间不匹配的投影的数量,其速度比蛮力更快。我们希望这些算法技术将是独立的利益。
2015-12-14 cs.DS
Approximating splits for decision trees quickly in sparse data streams
HIIT, University of Helsinki(赫尔辛基大学 HIIT)
本文提出了一种在稀疏数据流中快速近似决策树分裂的方法,通过改进分裂搜索效率,提升了稀疏数据处理性能。
2026-01-18 cs.DS cs.LG
Approximating the Longest Common Subsequence problem within a sub-polynomial factor in linear time
两个字符串的最长公共子序列(LCS)是一个基本的字符串相似性度量,经典的动态规划解决方案需要二次时间。尽管做出了重大努力,但在改进运行时方面几乎没有取得进展。即使在近似领域,除了平凡的$\sqrt{n}$ -近似之外,对线性时间算法也知之甚少。最近的突破性结果提供了一种$n^{0.497}$ -因子近似算法[HSSS 19],最近将其改进为$n^{0.4}$ -因子1 [BCD 21]。后一篇论文还展示了一个$n^{2-2.5α}$时间算法,该算法输出LCS的$n^α$近似,但到目前为止,还没有真正的次二次时间的次多项式近似。在这项工作中,我们展示了一个算法,它运行在$O(n)$时间,并输出一个$n^{o(1)}$因子近似LCS $(x,y)$,具有很高的概率,对于任何一对长度$n$输入字符串。我们的整个算法仅仅是最近在[ANSS 21]中引入的Block-LIS问题的有效黑盒简化,并直接解决Block-LIS问题。
2021-12-15 cs.DS
Beating Random Assignment for Approximating Quantum 2-Local Hamiltonian Problems
量子k-局部哈密顿问题是经典约束满足问题(k-CSP)的自然推广,并且对于NP的量子模拟QMA是完备的。虽然k-局部哈密顿问题的复杂性已经得到了很好的研究,但只有少数近似结果是已知的。对于Max 2-Local Hamiltonian,其中每个项是秩3投影,经典Max 2-SAT的自然量子推广,最着名的近似算法是平凡随机分配,产生0.75近似。我们提出的第一近似算法击败这个界限,一个经典的多项式时间0.764近似。对于严格二次的情况,这是最大纠缠的情况下,我们提供了一个0.801近似算法,并数值证明,我们的算法可能是一个0.821近似。我们猜想这些是最难近似的例子。我们也给出了其他相关的经典2-CSP的量子推广的改进的近似。最后,我们利用量子连接到广义的Grothendieck问题,以获得一个经典的常数因子近似的物理相关的特殊情况下,严格二次无痕2-局部哈密顿对二分相互作用图,其中的反对数近似是最好的以前已知的(一般的相互作用图)。我们的工作采用最近开发的技术来分析经典近似的CSP,并打算访问的量子信息科学家和经典的计算机科学家。
2020-12-22 cs.DS quant-ph
Better Process Mapping and Sparse Quadratic Assignment
通信和拓扑感知进程映射是一种有效的方法,可以减少大型分布式内存系统上具有已知通信模式的并行应用程序的通信时间。我们解决的问题,作为一个二次分配问题(QAP),并提出算法来构建初始映射的进程处理器,快速局部搜索算法,以进一步提高映射。通过利用假设,通常持有的应用程序和现代超级计算机系统,如稀疏的通信模式和分层组织的通信系统,我们获得这些特殊的QAP更强大的算法。我们的多级构造算法采用完全平衡的图划分技术,并利用给定的通信系统层次结构的显着方式。我们对Brandfass等人(2013)的局部搜索算法进行了改进,并通过减少分配中执行交换所需的时间以及仔细约束局部搜索邻域来进一步减少运行时间。我们还研究了不同的算法来创建映射到处理器网络的通信图。实验表明,我们的算法不仅大大加快了局部搜索,但由于多级方法也找到更好的解决方案在实践中。
2019-07-22 cs.DC cs.DS
Approximating TSP walks in subcubic graphs
证明了$n_2$顶点数为2的$n$顶点上的简单2连通次立方图的TSP行走长度至多为$\frac{5n+n_2}{4}-1$,从而证实了Dvotelák,Král '和Mohar的一个猜想.这个界限是最好的可能;存在无穷多个次三次图和三次图,它们的最小TSP行走分别具有长度$\frac{5n+n_2}{4}-1$和$\frac{5n}{4} - 2$。我们刻画了极值次立方的例子满足这个界限。我们还给出了一个二次时间组合算法找到这样的TSP行走。特别是,我们得到了一个$\frac{5}{4}$ -近似算法的简单三次图上的图形TSP,提高了以前最好的已知的近似比$\frac{9}{7}$。
2021-12-12 cs.DM cs.DS math.CO
Recovery Guarantees for Quadratic Tensors with Sparse Observations
Stanford University(斯坦福大学);UWisconsin-Madison(威斯康星大学麦迪逊分校)
本研究探讨稀疏观测下的张量补全问题,针对推荐系统等应用中涌现的二次模型,证明当样本数与维度成线性关系时,非凸方法的均方误差目标函数所有局部极小值均为全局极小值,可恢复原始张量,且在有限观测下优于CP模型。
2023-07-29 cs.DS cs.LG stat.ML
The quantum complexity of approximating the frequency moments
整数序列的第$k$个频率矩定义为$F_k = \sum_j n_j^k$,其中$n_j$是序列中$j$出现的次数。在这里,我们研究的量子复杂性近似计算的频率矩在两个设置。在查询复杂性设置中,我们希望最小化对用于近似$F_k$的输入的查询的数量,直到相对误差$ε$。我们给量子算法,超过最好的可能的经典算法的二次。在多通道流设置中,我们一次看到一个输入元素,并寻求最小化存储空间的量,或传递用于近似$F_k$的数据。我们描述的量子算法$F_0$,$F_2$和$F_\infty$在这个模型中,大大优于最好的可能的经典算法在某些参数制度。
2016-08-04 cs.DS quant-ph
Best-first Search Algorithm for Non-convex Sparse Minimization
非凸稀疏最小化(Non-convex Sparse Minimization,NSM),又称凸损失函数的$\ell_0$约束最小化,是一个重要的优化问题,在机器学习中有着广泛的应用。NSM一般是NP难的,因此在多项式时间内精确求解NSM几乎是不可能的。至于二次目标函数的情况下,精确算法的基础上二次混合整数规划(MIP)进行了研究,但没有现有的精确方法可以处理更一般的目标函数,包括Huber和逻辑损失,这是不幸的,因为这些功能在实践中是普遍的。在本文中,我们考虑NSM与$\ell_2$正则化凸目标函数,并开发了一个算法,利用最佳优先搜索(BFS)的效率。我们的BFS可以计算最多$Δ\ge0$的目标误差的解决方案,其中$Δ$是一个可控的超参数,平衡之间的权衡保证目标误差和计算成本。实验表明,我们的BFS是有用的解决中等大小的NSM实例与非二次目标,BFS也比基于MIP的方法应用于二次目标时更快。
2019-10-03 cs.DS math.OC
Faster quantum and classical SDP approximations for quadratic binary optimization
本文给出了求解二次优化正则半定规划松弛问题的量子加速算法。这类用于组合优化的松弛到目前为止还没有实现量子加速。我们的方法结合量子吉布斯采样和矩阵指数更新的想法。该算法的去量化也导致更快的经典求解器。对于一般的情况下,我们的量子求解器提供了一个接近二次的速度比国家的最先进的算法。这样的例子包括近似自旋玻璃的基态和埃尔德什-雷尼图上的MaxCut。我们还提供了一个有效的随机舍入过程,近似最优的SDP解决方案转化为近似的原始二次优化问题。
2022-01-10 cs.DS quant-ph
Quadratic-Time Algorithm for the Maximum-Weight $(k, \ell)$-Sparse Subgraph Problem
本文提出一种二次时间算法,用于解决最大权重(k,ℓ)-稀疏子图问题,该算法结合高效数据结构和精细分析,应用于刚性理论中的关键问题。
2025-11-25 cs.CG cs.DM cs.DS
A Sub-Quadratic Time Algorithm for Robust Sparse Mean Estimation
IBM Research(IBM研究院)
针对高维下现有鲁棒稀疏均值估计算法受样本协方差矩阵限制存在二次运行时间障碍的问题,提出基于弱相关性检测、使用多项式数量样本的次二次时间算法,并给出鲁棒稀疏PCA的类似结果。
2024-03-07 cs.DS cs.LG math.ST
Distance Approximating Minors for Planar and Minor-Free Graphs
本文针对平面图和无次要图,首次构造出规模为近线性的(1+ε)-距离近似次要结构,打破了终端数量上的二次界,并仅依赖最短路径分隔器和ε-覆盖,同时为无次要图提供了首个近线性规模仿真器。
2025-09-21 cs.CG cs.DM cs.DS
Online Matching in Sparse Random Graphs: Non-Asymptotic Performances of Greedy Algorithm
受顺序预算分配问题的启发,我们研究了顶点之间的连接不是i.i.d.的在线匹配问题,但它们有固定的度分布--所谓的配置模型。我们估计竞争比的最简单的算法,贪婪,通过近似一些相关的随机离散过程,其连续的同行,这是一个显式系统的偏微分方程的解决方案。这种技术给出了精确的估计误差的界限,随着问题大小的增加,具有任意高的概率。特别是,它允许不同的配置模型之间的正式比较。我们还证明,相当令人惊讶的是,贪婪可以有更好的性能保证比排名,另一个著名的在线匹配算法,通常优于前者。
2021-07-02 cs.DS stat.ML
A Sublinear-Time Quantum Algorithm for Approximating Partition Functions
我们提出了一种新的量子算法估计吉布斯配分函数在次线性时间相对于对数的状态空间的大小。这是第一次在Štefankovi,Vempala和Vigoda [JACM,2009]的开创性近线性时间算法上获得这种类型的加速。我们的结果也保留了二次加速精度和频谱间隙在以前的工作中取得的利用量子马尔可夫链的性质。作为一个应用程序,我们获得了新的多项式改进的最知名的算法计算的伊辛模型的配分函数,计数的$k$ -着色,匹配或独立集的一个图形,并估计凸体的体积。我们的方法依赖于开发量子相位和幅度估计算法的新变体,这些算法返回具有低方差的几乎无偏的估计,并且不破坏它们的初始量子态。我们将这些子程序扩展到一个几乎无偏的量子平均估计,减少方差平方比经典的经验平均更快。在我们的工作之前,没有这样的估计器。这些属性,这是普遍感兴趣的,导致更好的收敛保证内的范例模拟退火计算配分函数。
2023-01-07 cs.CC cs.DS math.ST
4 vs 7 sparse undirected unweighted Diameter is SETH-hard at time $n^{4/3}$
该研究基于强指数时间假设,证明稀疏无向无权图的直径近似问题存在时间下界,首次有条件排除了该问题的近线性时间5/3近似算法。
2023-12-14 cs.CC cs.DS math.CO