Balanced Allocation on Graphs
在本文中,我们研究了两个选择球和箱过程时,球不允许选择任何两个随机箱,但只有箱是由一个边缘连接的基础图。我们发现,对于$n$球和$n$箱,如果图几乎是定期与度$n^ε$,其中$ε$不是太小,以前的最大负载的界限继续举行。准确地说,最大负载是$\log \log n + O(1/ε) + O(1)$。对于一般的$Δ$ -正则图,我们证明了最大负载是$\log\log n + O(\frac{\log n}{\log (Δ/\log^4 n)}) + O(1)$,并给出了$\log \log n + \frac{\log n}{\log (Δ\log n)}$的一个几乎匹配的下界. V{<$}cking [Voc 99]表明,$d$选择负载平衡的最大bin大小可以通过打破左侧的关系进一步改进为$O(\log\log n /d)$。这需要$d$随机箱选择。我们表明,这样的界限,可以通过只做两个随机访问和查询$d/2$连续箱在每个访问。通过将一系列$n$仓分组为$2n/d$组,每个$d/2$连续仓,如果每个球随机选择两个组并将新球插入较小负载组中的最小负载仓,则最大负载以高概率为$O(\log\log n/d)$。
2005-10-27 cs.DS
Optimal Ball Recycling
球和箱子游戏是一个非常成功的建模负载均衡问题的工具。在本文中,我们研究了一个新的场景,我们称之为球回收游戏,定义如下:把m个球扔到n个箱子里。然后,在每个时间步,选择一个非空的箱子并回收它的球:从选定的箱子中取出球,并根据p重新投掷它们。我们的目标是有一个捡箱方法,最大限度地提高回收率,定义为预期数量的球回收每一步的固定分布。我们研究了两个自然的策略球回收:满箱,其中greenetly挑选箱子的最大数量的球,和随机球,随机挑选一个球,并回收它的箱子。我们发现,对于一般的p,随机球是恒定的最优,而满斌可以是悲观的。然而,当p = u时,均匀分布,最满箱在加性常数内是最佳的。
2018-11-02 cs.DS
Multidimensional Balanced Allocation for Multiple Choice & (1 + Beta) Processes
将球分配到箱子中是负载均衡问题的一个很好的研究抽象。文献中有许多关于m个球被扔到n个箱子中的顺序(一维)分配情况的结果。本文研究了非加权球和加权球以及多维和标量模型的对称多重选择过程,并给出了多维球和多维箱的(1+beta)选择过程的间隙界的结果。我们表明,对称d选择过程和m=O(n),上界的差距是O(lnln(n))w. h. p.这个上限的差距是在D=f的因素的下限。这是第一个这样的紧结果.对于一般的情况,m>>n,期望间隙的上界为O(lnln(n)).对于变量f和非均匀分布的填充维数,我们得到期望间隙的上界为O(log(n)).进一步,对于多个圆形平行球和多个平行箱,我们证明了当m=O(n)时,间隙也有O(loglog(n))的界,当m>>n时,同样的界也适用于期望间隙.我们的分析在序贯标量情形下也有很强的意义。对于加权球和加权箱以及一般情况m>>n,我们证明了期望间隙的上界是O(log(n)),这改进了n^c的最佳先验界。此外,我们表明,对于(1 + beta)选择过程和m=O(n)上界(假设f个填充维度在D个总维度上均匀分布)在间隙上是O(log(n)/beta),其在下限的D=f因子内。对于非均匀分布的固定f和二项分布的随机f,预期差距仍为O(log(n)/beta)与投掷的球的总数无关。这是第一个这样的紧密结果(1 +beta)范式与多维球和箱。
2011-11-29 cs.DS
Balls-and-Bins Sampling for DP-SGD
Google(谷歌公司)
本文提出用于DP-SGD的球与箱采样方法,实现类似Shuffling的便捷实现,同时在实际参数范围内享有与Poisson子采样相似或更优的隐私放大效果与模型效用。
2025-03-31 cs.CR cs.DS cs.LG
Balanced Allocations: The Heavily Loaded Case with Deletions
在2-选择分配问题中,$m$球被放入$n$箱中,并且每个球必须在它被分配到的两个随机箱$i, j \in [n]$之间进行选择。二十多年来,人们已经知道,如果每个球都遵循贪婪策略(即,总是选择不太满的仓),则最大负载将是在$n$中具有高概率的$m/n + O(\log \log n)$(以及在$m$中具有高概率的$m / n + O(\log m)$)。在同一游戏的动态版本中是否保持相同的边界仍然是开放的,其中球被插入/删除,一次最多出现$m$球。我们表明,这些界限不持有的动态设置:已经在$4$箱,存在一个序列的插入/删除,导致{贪婪}招致最大负载的$m/4 + Ω(\sqrt{m})$概率$Ω(1)$-这是相同的约束,如果每个球被简单地分配到一个随机箱!这就提出了一个问题,即任何2-选择分配策略是否可以在动态环境中提供强约束。我们的第二个结果回答这个问题是肯定的:我们提出了一个新的策略,称为ModulatedGreedy,保证最大负载的$m / n + O(\log m)$,在任何给定的时刻,在$m$的概率很高。推广ModulatedGreedy,我们得到动态保证的$(1 + β)$的选择设置,并设置球和箱子上的图。最后,我们考虑一种设置,其中球在被删除后可以重新插入,并且给定球使用的对$i, j$在插入过程中是一致的。这个看似很小的修改使得紧密的负载平衡不可能:在4个箱上,任何…
2022-05-13 cs.DS
History-Independent Load Balancing
Stony Brook University(石溪大学);Carnegie Mellon University(卡内基梅隆大学)
该研究提出了一种强历史无关的动态负载均衡算法,支持插入和删除操作,保证最大负载并实现低期望回退次数。
2026-02-12 cs.DS
Perfectly Balanced Allocation With Estimated Average Using Expected Constant Retries
在线球到箱的平衡分配长期以来一直是高效负载平衡和散列应用的研究领域。在该领域中存在针对不同设置的大量结果,例如并行分配~ \cite{parallel}、多维分配~ \cite{multi}、加权球~ \cite{weight}等。对于顺序多选择分配,其中$m$球被扔进$n$箱中,每个球独立地、均匀地随机选择$d$(常数)箱,箱的最大负载是$O(\log \log n) + m/n$,具有高概率~ \cite{heavily_load}。这提供了当前最知名的分配方案。然而,对于$d = Θ(\log n)$,间隙减少到$O(1)$ ~ \cite{soda08}。对于具有$O(\log ^*n)$通信轮~ \cite{lenzen}的并行分配,已经建立了类似的恒定间隙界限。针对$d$为常数的顺序单维在线分配问题,提出了一种新的多选择分配算法\emph{Improved D-choice with Estimated Average}($IDEA$),该算法以较高的概率获得了一个常数间隙.我们实现了$\lceil m/n \rceil$的最大负载具有高概率恒定$d$选择方案与\emph{expected}恒定的重试次数或每球轮数。我们还表明,即使对于任意大数目的球,$m>>n$的约束。此外,我们将这个结果推广到(i)~加权的情况下,其中球的权重来自具有有限方差的任意权重分布,(ii)…
2011-12-29 cs.DS
Balls into Bins: strict Capacities and Edge Weights
我们探索了一种新的理论模型,用于研究分布式存储管理系统的性能,其中数据中心的容量有限(与用户请求的存储空间相比)。诸如球入仓(用于负载均衡)的现有方案既不考虑仓(消费者)容量(多个球进入仓),也不考虑在球(生产者请求)被分配给仓之后系统的未来性能,并且将球的数量限制为仓的数量的函数。我们的问题包括在一个完整的二分图中找到一个最佳的分配的在线生产者请求的消费者(通过加权边),同时确保分配给消费者的请求的总大小是有限的,其容量。在该模型中,用于测量性能的度量是在边缘(负载)上分配的请求的加权和及其相应权重的(最小化)。我们首先探讨了最佳的离线算法,然后对不同的在线技术进行竞争分析。利用健忘的对手。LP和原始对偶算法用于在O(r*n)时间内计算最优离线解(其中r和n分别是请求和消费者的数量),而随机算法用于在线情况。对于具有相等消费者容量的简化模型,使用具有相等概率的算法实现平均情况下的竞争比AVG(d)/ MIN(d)(其中d是边权重/距离),该算法用于选择任何可用边,运行时间为$O(r)$。在将模型扩展到任意消费者容量时,我们显示了平均情况竞争比AVG(d*c)/(AVG(c)*MIN(d))。
2012-06-16 cs.DC cs.DS
Sorting Balls and Water: Equivalence and Computational Complexity
多年来,人们研究了各种形式的排序问题。最近流行两种排序解谜类APP。在这些谜题中,我们会得到一组装满彩色单位、球或水的箱子,以及一些空箱子。这些谜题允许我们在颜色以某种方式匹配或目标箱为空时将彩色单元从一个箱移动到另一个箱。这些谜题的目标是将所有颜色单位按顺序排序。我们研究了这些问题的计算复杂性。我们首先表明,这两个难题本质上是相同的,从可解性的观点。也就是说,一个实例可以通过ball-moves排序当且仅当它可以通过water-moves排序。我们还证明了每一个yes-实例都有多项式长度的解,这意味着这些问题属于NP问题。然后,我们表明,这些问题是NP完全的。对于某些特殊情况,我们给出了多项式时间算法。最后,我们认为空箱子的数量足以使所有的情况下可解,并给出非平凡的上限和下限方面的填充箱的数量和容量的箱子。
2022-02-19 cs.CC cs.DS
The Probability to Hit Every Bin with a Linear Number of Balls
本文研究将线性数量的球随机投入箱子时所有箱子均被击中的概率,证明 $2n$ 球情形的概率为 $\Theta(0.836^n)$,并推广到每箱至少 $d$ 球。
2024-03-01 cs.DS math.PR
Balanced Allocation with Random Walk Based Sampling
在标准的球入仓实验中,一个众所周知的方案是随机地独立且均匀地对$d$仓进行采样,并将球放入负载最小的仓中。可以表明,该方案以高概率产生$\log\log n/\log d+O(1)$的最大负载。随后的工作分析了模型时,在每个时间,$d$箱通过一些相关或非均匀的方式进行采样。然而,当不同球的采样是相关的情况下,很少被调查。在本文中,我们提出了三个方案的球在箱子分配问题。我们假设有一个底层的$k$ -正则图连接的箱子。这三种方案是$d$幂选择的变体,除了每次$d$仓的采样基于$d$独立移动的非回溯随机游走器的位置,当必然事件发生时,随机游走器的位置被重置。我们表明,在一定的条件下,可以概括为图具有足够大的围长的基础图,所有三个计划可以执行以及电源的$d$,使最大负载有界的$\log\log n/\log d+O(1)$具有很高的概率。
2018-10-11 cs.DM cs.DS math.PR
Balls and Bins and the Infinite Process with Random Deletions
本文研究带随机删除的无限球箱过程,证明在任意时刻差异为 O(log n) 且过载为 log log n + O(1),并针对良好插入序列给出更紧的差异界,采用分层归纳与势能分析。
2025-10-16 cs.DC cs.DS math.PR
A study on load-balanced variants of the bin packing problem
我们考虑几个扩展的分数装箱问题,放松传统的装箱问题,其中的对象可能会被分割在多个箱子。在这些扩展中,我们引入了负载平衡约束,要求分配给同一个bin的每个对象的份额必须相等。我们提出了一个混合规划(MIP)的制定,并表明,如果我们限制到最多3箱,每个对象可以被分割的数量,这个问题成为NP-难。然后,我们考虑一个变体,其中对象到箱的平衡分配可以在连续的轮次中完成;这个问题受到电信应用的启发,并且可以用于对简单的实时流媒体网络进行建模。我们表明,两轮总是足以完全分配所有对象的箱子,然后提供一个最佳的多项式时间分配算法这个问题。
2018-10-29 cs.DS
Tight Bounds for Repeated Balls-into-Bins
我们研究了Becchetti,Clementi,Natale,Pasquale和Posta(2019)引入的重复球入箱过程。该过程开始于$m$球任意分布在$n$箱中。在每一轮$t=1,2,\ldots$中,从每个非空的箱子中选择一个球,然后将其放置到独立且均匀随机选择的箱子中。我们证明了以下结果:$\quad \bullet$对于任何$n \leq m \leq \mathrm{poly}(n)$,我们证明了一个下界的最大负载上的$Ω(m/n \cdot \log n)$。对于特殊情况$m=n$,这与$O(\log n)$的上限匹配,如[BCNPP 19]所示。它还对[BCNPP 19]中的猜想提供了肯定的回答,即对于$m=n$,在多项式大的时间间隔中,最大负载至少有一次是$ω(\log n/ \log \log n)$。对于$m\in [ω(n),n\log n]$,我们的新下界反驳了[BCNPP 19]中的猜想,即最大负载仍然是$O(\log n)$。$\quad \bullet$对于任何$n\leq m\leq\mathrm{poly}(n)$,我们证明了一个上限的$O(m/n\cdot\log n)$的最大负载的多项式大的时间间隔的所有步骤。这使我们的下限与乘法常数相匹配。$\quad \bullet$对于任何$m\geq n$,我们的分析也意味着$O(m^2/n)$等待时…
2023-01-30 cs.DM cs.DS math.CO
Efficient Hashing with Lookups in two Memory Accesses
散列的研究与球和仓的分析密切相关。众所周知,如果我们将一个球随机地散列到两个箱子中并将其放置在两个箱子中较小的箱子中,而不是使用单个散列函数,那么这将大大降低箱子上的最大负载。这导致了双向散列的概念,其中最大的桶包含具有高概率的$O(\log\log n)$球。哈希查找现在将在项目哈希到的两个桶中进行搜索。由于一个项目可以放在两个桶中的一个,我们可以在最初放置项目后移动它以减少最大负载。我们表明,通过在插入过程中执行移动,最大负载2可以保持在线,具有很高的概率,同时支持散列更新操作。事实上,利用$n$桶,即使每个桶预分配两个项目的空间,如在硬件实现中可能期望的,也可以存储多于$n$的项目,从而给出高存储器利用率。我们还分析了在插入过程中执行的移动次数和桶上的最大负载之间的权衡。通过执行最多$h$移动,我们可以保持$O(\frac{\log \log n}{h \log(\log\log n/h)})$的最大负载。因此,即使只走一步,我们也比不走一步得到更好的边界。
2004-07-09 cs.DS
Balanced allocation: Memory performance tradeoffs
假设我们顺序地将$n$球放入$n$箱中。如果我们把每个球放入一个随机箱中,那么最重的箱将以高概率包含${\sim}\log n/\log\log n$球。然而,Azar,Broder,Karlin和Upfal [SIAM J. Comput. 29(1999)180--200]表明,如果每次我们随机选择两个箱子,并将球放在两个箱子中最小负载的箱子中,则最重的箱子将以高概率仅包含${\sim}\log\log n$球。我们需要多少内存来实现这个方案?我们大约需要每个bin的$\log\log\log n$位,总共需要$n\log\log\log n$位。现在让我们假设我们有有限的内存。对于每个球,我们有两个随机的箱子,我们必须把球放进其中一个。我们的目标是最大限度地减少最重垃圾箱的负荷。我们证明,如果我们有$n^{1-δ}$位,那么最重的bin将包含至少$Ω(δ\log n/\log\log n)$球的概率很高。在通信复杂性模型中,该界是紧的。
2012-09-12 cs.DM cs.DS math.PR
Power of $d$ Choices with Simple Tabulation
假设我们要使用$d$ -choice范例将$m$球顺序地放入$n$箱中:对于每个球,我们根据$d$散列函数$h_1,\dots,h_d$给出$d$箱的选择,并且我们将球放置在这些箱中负载最少的箱中,从而任意打破平局。我们感兴趣的是在所有的$m$球被放置后,最满的箱子里有多少球。Azar等人[STOC'94]证明,当$m=O(n)$和散列函数完全随机时,最大负载至多为$\frac{\lg \lg n }{\lg d}+O(1)$ whp(即,对于任何$γ$选择,概率为$1-O(n^{-γ})$)。在本文中,我们假设$h_1,\dots,h_d$是简单的制表散列函数。推广Dahlgaard等人[SODA'16]的结果,我们表明,对于任意常数$d\geq 2$,最大负载为$O(\lg \lg n)$ whp,预期最大负载至多为$\frac{\lg \lg n}{\lg d}+O(1)$。我们进一步表明,通过使用Vöcking [J.ACM'03]介绍的一个简单的平局打破算法,预期的最大负载下降到$\frac{\lg \lg n}{d\lg φ_d}+O(1)$,其中$φ_d$是$d$进制斐波那契数的增长率。这两个预期的界限都与完全随机设置的界限相匹配。Dahlgaard等人的分析依赖于Pagetrajeccu和Thorup [J.ACM'11]关于使用简单制表进行布谷鸟散列的证明。这里我…
2018-04-25 cs.DS
Balanced Allocations with Heterogeneous Bins: The Power of Memory
我们考虑将$m$球(作业)分配到$n$箱(服务器)中。在标准的二选一过程中,在每一步$t=1,2,\ldots,m$中,我们首先随机均匀地采样两个箱,并将一个球放置在负载最小的箱中。众所周知,对于任何$m \geq n$,这会导致$\log_2 \log n + Θ(1)$的间隙(最大负载和平均负载之间的差异)(概率很高)。在这项工作中,我们考虑的内存过程[Mitzenmacher,Prabhakar和沙阿2002年],而不是两个选择,我们只采样一个bin每一步,但我们可以访问一个缓存,可以存储一个bin的位置。Mitzenmacher、Prabhakar和Shah表明,在轻负载情况下($m = n$),记忆过程实现了$\mathcal{O}(\log \log n)$的间隙。以两种方式扩展Mitzenmacher等人的设置,我们首先允许球数$m$是任意的,这包括具有挑战性的重负载情况,其中$m \geq n$。其次,我们遵循Wieder [Wieder 2007]的异质箱模型,其中箱的采样分布可以被偏置到某个任意的乘法常数。有些令人惊讶的是,我们证明,即使在这种情况下,记忆过程仍然达到了$\mathcal{O}(\log \log n)$的间隙界限。这与双选择(或任何$d$ -选择与$d=\mathcal{O}(1)$)过程形成鲜明对比,已知间隙发散为$m \rightarrow…
2023-01-24 cs.DM cs.DS math.CO
Long-term balanced allocation via thinning
针对球盒模型的双稀疏化变体,研究长期负载均衡问题,给出三类最大负载的紧估计,揭示典型与全局最优负载的差距并提出达到对应界的策略。
2021-10-11 cs.DC cs.DS math.PR
Singletons for Simpletons: Revisiting Windowed Backoff using Chernoff Bounds
退避算法用于多个设备争用共享资源的许多分布式系统中。对于经典的球入箱问题,单例数--那些只有一个球的箱--对于分析几种退避算法很重要;然而,现有的分析采用先进的概率工具来获得浓度界限。在这里,我们表明,标准的退避边界可以代替使用,这种方法的简单性说明了重新分析一些著名的退避算法。
2022-01-29 cs.DC cs.DM cs.DS
Balanced Allocation: Patience is not a Virtue
负载均衡是一个研究得很好的问题,其中balls-in-bins是主要的框架。Azar等人的贪心算法$\mathsf{Greedy}[d]$通过探测$d > 1$随机箱并将球放置在其中负载最少的箱中来放置每个球。$\mathsf{Greedy}[d]$下的最大载荷以高概率指数方式低于球均匀随机放置时的结果。Vöcking表明,一种稍微不对称的变体$\mathsf{Left}[d]$提供了进一步的显着改善。然而,这种改进带来了在箱上施加结构的额外计算成本。在这里,我们提出了一个完全分散和易于实现的算法称为$\mathsf{FirstDiff}[d]$,结合了简单的$\mathsf{Greedy}[d]$和改进的平衡$\mathsf{Left}[d]$。$\mathsf{FirstDiff}[d]$中的关键思想是进行探测,直到找到与第一次观测不同的箱大小,然后放置球。虽然探针的数量可能是相当大的一些球,我们表明,$\mathsf{FirstDiff}[d]$只需要最多$d$探针平均每个球(在标准和重载设置)。因此,探针的数目不大于$\mathsf{Greedy}[d]$或$\mathsf{Left}[d]$的数目。更重要的是,我们表明,$\mathsf{FirstDiff}[d]$密切匹配的改进的最大负载确保$\mathsf{Left}[d]$在标准和重载设置。我们还提供了一个严格的下限…
2018-01-22 cs.DM cs.DS
Derandomized Balanced Allocation
本文研究了在$d$ -choice方案中,当按顺序将$n$球分配到$n$ bin中时,显式哈希族的最大负载.我们考虑了\emph{Uniform-Greedy}方案,它为每个球提供$d$独立的箱子,并将球放入具有最小负载的箱子中,以及它的非均匀变体-由Vöcking引入的\emph{Always-Go-Left}方案。基于Celis等人的工作,我们构造了一个具有$O(\log n \log \log n)$随机位的散列族,并给出了以下结果。1.在\emph{Uniform-Greedy}方案中,该散列族具有高概率的最大负载$\frac{\log \log n}{\log d} + O(1)$。2.对于恒定的$ϕ_d>1.61$,它在\emph{Always-Go-Left}方案中具有最大负载$\frac{\log \log n}{d \log ϕ_d} + O(1)$的概率很高。我们的散列族的最大负载匹配的最大负载的一个完全随机的散列函数在\emph{Uniform-Greedy}和\emph{Always-Go-Left}计划分别,直到低阶项的常数。以前,在$d$选择方案中,与完全随机散列函数的相同最大负载匹配的最佳已知散列族是$O(\log n)$独立函数,它需要$Θ(\log^2 n)$随机位.
2018-11-12 cs.DS
Consistent Hashing with Bounded Loads
由于各种原因,在动态设置中为客户端到服务器的平衡分配设计算法是一个具有挑战性的问题。服务器和客户端都可以周期性地从系统中添加和/或移除,并且分配算法的主要目标是:分配的一致性,以及添加或移除服务器或客户端后的移动次数。我们动态设置最流行的解决方案是一致性哈希。然而,一致性哈希的负载平衡并不比客户端到服务器的随机分配更好,因此使用每个$n$,我们预计许多服务器将因$Θ(\log n/ \log\log n)$客户端而过载。在本文中,与$n$客户端和$n$服务器,我们得到一个保证的最大负载为2,而每次更新只移动一个预期的常量客户端。我们采用任意用户指定的平衡参数$c=1+ε>1$。在系统中使用$m$球和$n$箱时,我们不希望负载高于$\lceil cm/n\rceil$。同时,我们希望绑定在添加或删除球或服务器时必须移动的球的预期数量。与一般的下界相比,没有容量限制,我们表明,在我们的算法中,当一个球或箱被插入或删除,球的预期数量,必须移动的增加只有一个乘法因子$O({1\over ε^2})$的$ε\le 1$(定理4)和一个因子$1+O(\frac{\log c}c)$的$ε\ge 1$(定理3)。从技术上讲,后一个界限最难证明。这意味着我们对于超常数$c$只需要付出微不足道的额外移动成本。我们也得到了相同的界限,为更简单的问题,而不是一个用户指定的平衡参数有一个固定的箱容量$C$…
2017-07-27 cs.DS
The Power of Two Choices with Simple Tabulation
当将$m$球分配给$n$箱时,两个选择的幂是负载均衡的经典范例。在放置球时,我们根据两个哈希函数$h_0$和$h_1$选择两个bin,并将球放置在负载最小的bin中。假设完全随机哈希函数,当$m=O(n)$,Azar等人~ [STOC'94]证明了最大载荷是$\lg \lg n + O(1)$的概率很高。在本文中,我们研究了两个选择的权力时,散列函数$h_0$和$h_1$实现简单的制表,这是一个非常有效的散列函数在常数时间评估。在他们对Cuckoo hashing的分析[J.ACM'12]之后,Pintrachagcu和Thorup声称,简单制表的预期最大负载是$O(\lg\lg n)$。这不包括任何高概率保证,因此负载均衡还不可信。在这里,我们用简单的表格证明,最大负载是$O(\lg\lg n)$,概率很高,给出了第一个具有这种保证的恒定时间散列函数。我们还给出了一个具体的例子,与完全随机散列不同,最大负载不受$\lg \lg n + O(1)$限制,甚至不受高概率$(1+o(1))\lg \lg n$限制。最后,我们证明了预期的最大负载是$\lg \lg n + O(1)$,就像完全随机散列一样。
2016-01-25 cs.DS
An asymptotically optimal algorithm for generating bin cardinalities
针对投球入箱过程,本文提出在 RAM 模型中以 Θ(log n/log log n) 最优时间生成箱基数的算法,并可作为组件为 Two-Choice 模拟带来约二次方加速。
2024-09-08 cs.DM cs.DS
Balanced Allocations in Batches: Simplified and Generalized
我们考虑将$m$球(作业)分配到$n$箱(服务器)中。在二选过程中,对于每个$m$顺序到达的球,对两个随机选择的仓进行采样,并将球放置在最小负载仓中。众所周知,最大负载为$m/n+\log_2 \log n + O(1)$ w.h.p. Berenbrink、Czumaj、Englert、Friedetzky和Nagel(2012)介绍了该工艺的平行版本,其中$m$球以连续批次的尺寸$b=n$到达。使用批次开始时的料箱装载信息,并行分配同一批次中的球。他们证明了这个过程的缺口是$O(\log n)$的概率很高。在这项工作中,我们提出了一个新的分析,这是基于指数势函数。这使我们能够以不同的方式简化和概括[BCE 12]的分析:$\quad 1.$我们的分析涵盖了广泛的过程。这不仅包括二选一,而且还包括具有更少bin样本的过程,如$(1+β)$,这些过程只能从每个bin样本和图形分配中接收一位信息,其中bin对应于图中的顶点。$\quad 2.$球可以具有不同的权重,只要它们的权重是来自满足其矩生成函数的技术条件的分布的独立样本。对于任意批量大小的$b \geq n$,我们证明了$O(b/n \cdot \log n)$的差距。对于任何$b \in [n , n^3]$,我们改进这$O(b/n + \log n)$,并表明,它是一个家庭的过程紧。这意味着意想不到的结果,例如对于具有恒定…
2022-03-25 cs.DM cs.DS math.CO
Path-independent load balancing with unreliable machines
我们考虑不可靠机器上的负载均衡算法。目标是优化两个标准,最小化的最大完工时间和最小化的工作重新部署,以响应机器故障。我们假设工作的集合是事先已知的,但机器故障的模式是不可预测的。出于BGP路由的要求,我们考虑路径独立的算法,与属性的工作分配是完全由可用的机器的子集,而不是以前的历史的分配。我们首先研究路径无关的负载平衡算法的性能度量问题,给出了最大完工时间的度量和重新分配成本的归一化度量。然后,我们描述了两类算法优化这些措施对一个不经意的对手相同的机器。第一,独立的随机分配的基础上,给出了预期的重新分配成本在一个因素2的最佳和最大完工时间内的一个因素O(log m/log log m)的最佳高概率,未知的工作大小。第二,在其中的工作是第一次分组到箱子和最多一个箱子被分配给每台机器,给固定的因素比率的重新分配成本和完工时间,已知的工作规模。几个开放的问题进行了讨论。
2006-07-07 cs.DS cs.NI
Improved online load balancing with known makespan
针对已知最优完工时间的在线负载均衡(箱拉伸)问题,提出竞争比达13/93<1.495的算法,突破3/2的天然壁垒,分析结合尺寸与权重论证。
2024-07-11 cs.DS
Balanced Allocations: Caching and Packing, Twinning and Thinning
本文提出一个通用分析框架,统一处理缓存、装箱、孪生和减薄四种略微偏好欠载箱的均衡分配过程,证明在任意m≥n的重负载情况下最大负载与平均负载的差距均为O(log n)。
2023-08-10 cs.DM cs.DS math.CO
Mean-Biased Processes for Balanced Allocations
提出均值偏置的均衡分配过程,通过概率或权重偏置欠载箱子,证明其最大与最小负载差距以高概率为对数级,并利用势函数与均值分位数稳定化现象进行分析。
2024-01-10 cs.DM cs.DS math.CO
Tight Bounds for Parallel Randomized Load Balancing
我们探讨了分布式balls-into-bins算法的基本限制。我们提出了一个自适应对称算法,实现了一个二进制负载在log* n+O(1)通信轮使用O(n)的消息。较大的仓负载可以换取较小的时间复杂度。我们证明了对称算法的时间复杂度的匹配下界为(1-o(1))log* n,该算法保证了小bin负载的渐近最优消息复杂度为O(n)。对于每一个假设的下限,我们提供了一个算法违反它,反过来实现恒定的最大仓负载在恒定的时间。作为应用,我们考虑以下问题。给定一个由n个节点组成的全连通图,其中每个节点需要发送和接收多达n条消息,并且在每一轮中,每个节点可以通过每条链路发送一条消息,将所有消息尽快传递到目的地。我们给出了一个简单的和强大的算法的时间复杂度O(log* n)为这项任务,并提供了一个概括的情况下,所有节点最初持有任意组的消息。一个不太实用的算法在渐近最优O(1)轮内终止。所有这些界限都以很高的概率成立。
2011-02-26 cs.CC cs.DC cs.DS
Online and Random-order Load Balancing Simultaneously
研究了在lp-范数下的在线负载均衡问题:顺序作业需要分配到其中一台机器上,目标是使机器负载的lp-范数最小。这推广了经典的调度问题的最大完工时间最小化(情况l_infty),并已被深入研究。然而,尽管最近推动超越最坏情况的分析,没有这样的结果是已知的这个问题。在本文中,我们提供的算法,同时保证最坏情况下的模型,以及随机顺序(即秘书)模型,其中任意一组工作是随机顺序。首先,我们证明了具有最优O(p)最坏情况保证的贪心算法(带重启)也具有(典型的)改进的随机顺序保证。然而,该算法在随机顺序模型的行为退化与p.然后,我们提出了算法SIMULTANEOUSLB,同时具有最佳的保证(常数内)在最坏的情况下和随机顺序模型。特别地,SIMULTANEOUSLB的随机阶保证随着p的增加而改善。其中一个主要组成部分是一个新的算法,改进的遗憾在线线性优化(OLO)的非负向量在lq球。有趣的是,这种OLO算法也被用来证明一个纯粹的概率不等式,该不等式控制随机顺序模型中出现的相关性,这是分析困难的常见来源。SIMUTANEOUSLB和我们的OLO算法中使用的另一个重要组成部分是可能独立感兴趣的lp范数的平滑。这种平滑性使我们能够将算法SIMULTANEOUSLB视为最坏情况模型中的贪婪算法,以及随机顺序模型中的原始对偶算法,这有助于其同时保证。
2016-10-28 cs.DS
Balanced Allocations with Incomplete Information: The Power of Two Queries
我们考虑分配$m$球到$n$箱与不完全信息。在经典的二选过程中,球首先查询两个随机选择的箱子的负载,然后被放置在负载最小的箱子中。在我们的设置中,每个球也采样两个随机箱,但只能通过发送形式为“负载是否至少是中位数?或“负载是否至少为100?".对于轻负载情况$m=O(n)$,Feldheim和Gurel-Gurevich(2021)表明,通过一个查询可以实现$O(\sqrt{\log n/\log \log n})$的最大负载,并提出了$m/n+O(\sqrt{\log n/\log \log n})$的最大负载是否可能用于任何$m = Ω(n)$的问题。在这项工作中,我们解决了这个开放的问题,证明了一个固定的$m=Θ(n \sqrt{\log n})$的$m/n+Ω( \sqrt{\log n})$的下限,和一个下限的$m/n+Ω(\log n/\log \log n)$的一些$m$取决于所使用的策略。我们通过证明多个查询的正结果来补充这个负结果。特别是,我们表明,只有两个二进制查询每个选择斌,有一个不经意的策略,确保最大负载的$m/n+O(\sqrt{\log n})$的任何$m \geq 1$。此外,对于任何数量的$k = O(\log \log n)$二进制查询,对于任何$m \geq 1$,最大负载的上限都提高到$m/n + O(k(\log n)^{1/k})$。此外,…
2022-01-26 cs.DM cs.DS math.CO
Balanced Allocations with the Choice of Noise
本文研究带噪声负载比较的双选择分配过程,证明对抗性噪声下差距界限,并给出严格下界,揭示参数 g 的相变,同时推广到延迟信息场景。
2023-01-14 cs.DM cs.DS math.CO
Balanced Allocation on Graphs: A Random Walk Approach
本文提出了将$n$顺序球分配到$n$仓中的算法,这些仓互连成一个$d$ -正则$n$ -顶点图$G$,其中$d\ge3$可以是任意整数,$l$是给定的正整数.在每一轮$t$、$1\le t\le n$中,球$t$均匀随机地挑选$G$的一个节点,并从所选节点开始执行长度为$l$的非回溯随机游走,然后将其自身分配到具有最小负载的访问节点之一上(平局均匀随机地断开)。假设$G$具有足够大的围长,并且$d=ω(\log n)$。然后,我们建立了一个上限的最大数量的球在任何仓分配$n$球的算法,称为{ \it最大负载},在$l$的高概率。我们还表明,上限是最多的一个$O(\log\log n)$因素以上的下限,证明了该算法。特别地,我们证明了,如果我们设置$l=\lfloor(\log n)^{\frac{1+ε}{2}}\rfloor$,对于每个常数$ε\in (0, 1)$,和$G$具有围长至少$ω(l)$,那么由该算法获得的最大负载是有界的$O(1/ε)$与高probability.最后,我们稍微修改算法有类似的结果平衡分配$d$ -正则图与$d\in[3, O(\log n)]$和足够大的围长。
2016-02-27 cs.DM cs.DS math.PR
Linear Hashing Is Optimal
该研究证明F₂上随机矩阵实现的n球n箱线性哈希的期望最大负载达O(log n / log log n),匹配完全随机函数性能,解决了长期开放问题,并给出了更一般的尾概率上界。
2025-05-20 cs.CC cs.DS
The Power of Filling in Balanced Allocations
University of Cambridge(剑桥大学);University of Liverpool(利物浦大学)
本文提出了一种新的平衡分配过程,通过填充未加载的箱子来减少负载差距,并证明了该过程在样本效率和负载平衡方面的性能。
2023-08-28 cs.DM cs.DS math.CO