Bounded-Independence Sampling of Edges for Combinatorial Graph Properties
Harvard University(哈佛大学)
本文研究了有界独立边采样在图性质中的应用,提出在特定条件下保持连通性和无环性的方法,并展示了其在并行算法中的实用价值。
2026-07-15 cs.CC cs.DS
Rapid mixing from spectral independence beyond the Boolean domain
我们将谱独立性的概念(由Anari,Liu和Oveis Gharan [ALO 20]引入)从布尔域扩展到一般离散域。这一性质表征了具有有限相关性的分布,并意味着相应的Glauber动力学是快速混合的。作为一个具体的应用,我们表明,Glauber动态采样适当的$q$ -着色混合在多项式时间的三角形自由图的家庭与最大程度的$Δ$提供$q\ge (α^*+δ)Δ$其中$α^*\approx 1.763$是唯一的解决方案,$α^*=\exp(1/α^*)$和$δ>0$是任何常数。这是第一个有效的算法采样适当的$q$ -着色在这个政权可能无界$Δ$。我们建立光谱独立性的主要工具是Goldberg,Martin和Paterson的递归耦合[GMP 05]。
2020-07-16 cs.DS math.PR
Exact Matching in Graphs of Bounded Independence Number
在精确匹配问题(EM)中,我们给出了一个图,它的边用两种颜色(红色和蓝色)固定着色,以及一个正整数$k$。然后,任务是决定给定的图是否包含完全匹配的$k$,其边缘具有红色。EM推广了几个重要的算法问题,如完美匹配和限制最小权生成树问题。在1982年引入这个问题时,Papadimitriou和Yannakakis证明EM是$\textbf{NP}$ -完备的。然而,后来Mulmuley等人。提出了一种EM的随机多项式时间算法,该算法将EM置于$\textbf{RP}$中。考虑到决定$\textbf{RP}=\textbf{P}$是否代表复杂性理论中的一个大的公开挑战,这使得EM不太可能是$\textbf{NP}$ -完全的,并且实际上表明了确定性多项式时间算法的可能性。EM仍然是$\textbf{RP}$中为数不多的自然组合问题之一,这些问题不知道是否包含在$\textbf{P}$中,这使得它成为检验假设$\textbf{RP}=\textbf{P}$的一个有趣实例。尽管EM是相当有名的,试图设计确定性多项式算法仍然是虚幻的,在过去的40年中,甚至对于非常严格的输入图类也缺乏进展。本文通过证明EM对于有界独立数的输入图和有界二部独立数的二部输入图都可以在确定性多项式时间内求解,进一步推进了正结果的前沿.这推广了以前的积极结果,完全(二分)图,这是唯一已知的结果EM稠密图。
2022-07-13 cs.DS math.CO
Simple Counting and Sampling Algorithms for Graphs with Bounded Pathwidth
本文研究了图的计数和抽样结构问题。我们定义了一类“边通用标签问题”-其中包括适当的$k$ -着色,独立集,和downsets-和描述简单的算法计算和均匀采样的有效标签的图形,假设一个路径分解。因此,我们证明了几个研究得很好的计数和采样问题是固定参数易处理的(FPT)时,输入图的路径宽度参数化。我们讨论了分配格的计数和抽样问题的连接,特别是,我们给出了一个新的FPT算法的准确计数和均匀抽样稳定的匹配。
2020-08-19 cs.DS
Treewidth versus clique number. IV. Tree-independence number of graphs excluding an induced star
本文针对由有限多个禁止导出子图定义的图类,证明了排除导出星的图类及线图子类满足$(tw,ω)$-有界等价于有界树独立性数的猜想,并导出了最大权独立集问题的多项式时间算法。
2024-02-20 cs.DM cs.DS math.CO
Domination above r-independence: does sparseness help?
通过间隙或以上的保证参数化,提高易处理性的潜力的启发下,我们研究了支配集的复杂性时,给出了一个合适的下界证人。具体地说,我们考虑沿输入图G提供一个极大r-独立集X(其中所有顶点的两两距离至少为r + 1),当r >= 2时,X是G的任何支配集的最小尺寸的下界。在间隙参数的精神下,我们考虑通过“残差”集合R:= V(G)\ N [X]的大小的参数化。我们的工作旨在回答两个问题:常数r如何影响问题的易处理性,以及对稀疏图类的限制是否有助于解决这个问题?对于基本情况r = 2,我们发现,即使在顶点和有界度图的问题是paraNP -完全的。当r = 3时,该问题对于一般图是W[2]-困难的,但对于无处稠密类是FPT困难的,并且对于有界扩张类是线性核的.对于r >= 4,参数化变得基本上等同于自然参数,即支配集的大小。
2019-06-21 cs.DS
Treewidth versus clique number. II. Tree-independence number
本文提出树独立数这一新不变量,证明具有有界独立数树分解的图可在多项式时间内求解最大权重独立打包问题,部分回答了$(\text{tw},\omega)$-有界性对独立集问题的算法意义。
2023-10-17 cs.DM cs.DS math.CO
Randomly coloring graphs of bounded treewidth
考虑了对最大度为$Δ$的图的真$k$ -染色随机均匀抽样的问题.我们描述了一个新的马尔可夫链的采样着色,并表明,它迅速混合图的有界树宽,如果$k\geq(1+ε)Δ$,任何$ε>0$。
2017-08-08 cs.DS
Induced odd cycle packing number, independent sets, and chromatic number
图$G$的导出奇圈包装数$iocp(G)$是最大整数$k$,使得$G$包含由$k$组成的导出子图.受几何图应用的启发,Bonamy et al.~ \cite{indoc}证明了具有有界诱导奇圈填充数、有界VC维数和线性独立数的图对于其独立数存在随机EPTAS.我们证明了VC维数有界的假设是不必要的,展示了一个随机算法,对于任何整数$k\ge 0$和$t\ge 1$和任何$n$ -顶点图$G$的诱导奇循环包装数最多$k$返回时间$O_{k,t}(n^{k+4})$一个独立的$G$的集合,其大小至少是$α(G)-n/t$与高概率。另外,我们给出了具有有界奇圈填充数的图的$χ$ -有界性结果,并利用这些结果设计了一个仅假设有界诱导奇圈填充数的独立数的QPTAS。
2021-11-12 cs.DM cs.DS math.CO
Treewidth versus clique number. III. Tree-independence number of graphs with a forbidden structure
该研究针对(tw,ω)-有界图类的独立集问题,刻画了六种图包含关系下使禁H图具有有界树独立数的H的特征,给出构造性证明并推导出无穷多图类的多项式时间算法,解决了1-完美可定向图相关的公开问题。
2023-12-18 cs.DM cs.DS math.CO
Optimal Sublinear Sampling of Spanning Trees and Determinantal Point Processes via Average-Case Entropic Independence
Stanford University(斯坦福大学)
我们设计了强瑞利分布(包括随机生成树分布和决定点过程)中重复采样的快速算法。对于图$G=(V, E)$,我们展示了如何近似采样均匀随机生成树从$G$在$\widetilde{O}(\lvert V\rvert)$时间每个样本后,初始$\widetilde{O}(\lvert E\rvert)$时间预处理。对于$n$元素的基集的大小$k$的子集上的行列式点过程,我们展示了如何在初始$\widetilde{O}(nk^{ω-1})$时间预处理后在$\widetilde{O}(k^ω)$时间内近似采样,其中$ω<2.372864$是矩阵乘法指数。我们甚至改进了从行列式点过程获得单个样本的现有技术,从$\widetilde{O}(\min\{nk^2, n^ω\})$的先前运行时间改进为$\widetilde{O}(nk^{ω-1})$。在我们的主要技术成果中,我们实现了强瑞利分布域稀疏化的最佳极限。在域稀疏化中,从$\binom{[n]}{k}$上的分布$μ$的采样被简化为从$t\ll n$的$\binom{[t]}{k}$上的相关分布的采样。我们证明了对于强瑞利分布,我们可以实现最优的$t=\widetilde{O}(k)$。我们的减少涉及从$\widetilde{O}(1)$域稀疏分布,所有这些都可以有效地假设方便地访问近似高估的边缘$μ$的采样。有机会获得边际类似于有机会获得一个连…
2022-09-18 cs.DS cs.LG math.PR
Approximately counting and sampling small witnesses using a colourful decision oracle
本文设计了有效的算法来近似计数给定的$k$ -超图的边数,并对近似均匀的随机边进行采样。超图没有显式给出,只能通过它的彩色独立预言机来访问:彩色独立预言机返回是或否,这取决于给定的顶点子集是否包含相对于给定的顶点着色是彩色的边。我们的研究结果扩展和/或加强了Beame等人(ITCS 2018),Dell和Lapinskas(STOC 2018)和Bhattacharya等人(ISAAC 2019)在图形预言文献中的最新结果。我们的结果有近似计数/采样的后果:我们可以把某些类型的决策算法近似计数/采样算法,而不会导致太多的开销在运行时间。我们将这种近似计数/采样到决策的简化应用于细粒度复杂性(如$k$ -SUM,$k$ -OV和加权$k$ -Clique)和参数化复杂性(如CSP的大小$k$或权重- $k$解决方案的诱导子图)中的关键问题。
2022-03-07 cs.CC cs.DS
On the zeroes of hypergraph independence polynomials
研究了有界度超图的独立多项式的复零点的位置。对于图,这是一个长期研究的主题,应用于统计物理,算法和组合学。关于有界度图的零自由区域的结果包括Shearer关于最优零自由圆盘的结果,以及最近关于其他零自由区域的几个结果。对于超图的了解要少得多。通过证明所有最大度$Δ$的超图都有一个几乎和Shearer(半径为$\sim 1/(e Δ)$)建立的最大度$Δ$的最优图一样大的零自由圆盘,我们对有界度超图的零自由区域有了一些了解。直到$Δ$中的对数因子,这是最优的,即使对于所有边大小严格大于$2$的超图也是如此。我们猜想,对于$k\ge 3$,$k$ -一致线性超图有一个更大的半径为$Ω(Δ^{- \frac{1}{k-1}} )$的无零圆盘。我们建立在线性超树的情况下。
2022-11-18 cs.DS math-ph math.CO
Mind the Independence Gap
图的独立性差距是由Ekim等人(2018)引入的,作为衡量图距离良好覆盖有多远的度量。它被定义为一个极大独立集的最大和最小尺寸之差。我们从结构和算法的角度研究了图的独立性差距,重点关注完美图的类别。推广了Dean和Zito(1994)以及Hujdurović等人(2018)关于良好覆盖图的结果,我们用团划分来表示完美图的独立间隙,并使用此特征来开发一个多项式时间算法,用于识别任何一类有界团数的完美图中的恒定独立间隙图。接下来,我们引入一个遗传变量的参数,我们称之为遗传独立间隙和措施的最大独立间隙的所有诱导子图的图。我们发现,确定一个给定的图是否有遗传独立的差距最多$k$是多项式时间可解的,如果$k$是固定的和co-NP-完全的,如果$k$是输入的一部分。我们还研究了与独立间隙相关的图类中的独立集问题的复杂性,证明了该问题在独立间隙至多为1的图类中是NP-完全的,并且在任何具有有界遗传独立间隙的图类中是多项式时间可解的.结合一些已知的无爪图的结果,我们的结果意味着独立控制问题在$\{$爪,2 $P_3\}$-free图类中是多项式时间可解的。
2018-12-13 cs.CC cs.DM cs.DS
Clique-dependent strongly sublinear treewidth and strongly sublinear tree-independence number
Department of Mathematical, Physical and Computer Sciences, University of Parma(帕尔马大学数学、物理与计算机科学学院)
该论文证明遗传图类的强次线性树独立数与团数依赖的强次线性树宽等性质等价,并给出计算强次线性独立数树分解的亚指数时间算法。
2026-09-22 cs.DS math.CO
Tight Chernoff-Like Bounds Under Limited Independence
本文在平均方差有约束的条件下,给出了k个独立有界随机变量和的矩的精确界。结果关闭的问题解决的一部分,在以前的工作施密特等。和Bellare,Rompel。我们的工作也讨论讨论了其他应用的独立利益,如渐近的二项式矩的尖锐的界限。
2022-09-04 cs.DS math.PR math.ST
Independence and Domination on Bounded-Treewidth Graphs: Integer, Rational, and Irrational Distances
CISPA Helmholtz Center for Information Security(CISPA 亥姆霍兹信息安全中心)
研究有界树宽图上距离d的独立集和支配集问题的连续版本,提出δ-分散和δ-覆盖问题的算法,并证明其最优性。
2026-06-03 cs.CC cs.DS
Deterministic counting from coupling independence
本文提出一种新的递归确定性计数算法,证明了具有有界度数和耦合独立性的自旋系统存在 FPTAS,并在多种条件下首次为图的 $q$-着色问题给出了 FPTAS,其界限匹配当前最佳随机化算法。
2025-04-05 cs.DM cs.DS
Entropic Independence II: Optimal Sampling and Concentration via Restricted Modified Log-Sobolev Inequalities
我们引入了一个框架,我们称之为限制修改的log-Sobolev不等式的基础上获得紧混合时间的马尔可夫链。修正的log-Sobolev不等式(MLSI)量化了马尔可夫算子的相对熵收缩率,并且非常难以建立。然而,无限接近平稳性,熵收缩变得等同于方差收缩,又名。一个庞加莱不等式,这是明显更容易建立,例如,光谱分析出于这一观察,我们研究限制修改的log-Sobolev不等式,保证熵收缩不是所有的起始分布,但对于那些在一个大的邻域的平稳分布。我们展示了如何从$n$ -节点图上的硬核和伊辛模型采样,该节点图具有与树唯一性阈值恒定的$δ$相对间隙,在近线性时间$\widetilde O_δ(n)$中。值得注意的是,我们的界限不依赖于最大度$Δ$,因此即使对于高度图也是最优的。这改进了先前的混合时间界的$\widetilde O_{δ, Δ}(n)$和$\widetilde O_δ(n^2)$,建立通过(非限制性)修改的log-Sobolev和庞加莱不等式。我们进一步证明了最优浓度不等式仍然可以从修正的log-Sobolev不等式的限制形式实现。为了建立受限熵收缩,我们将Anari,Jain,Koehler,Pham和Vuong的熵独立框架扩展到在一组受限外部场下谱独立的分布。我们还开发了一个正交的技巧,可能是独立的利益:利用伯努利工厂,我们展示了如何实现格劳伯动态更新的高度图在$O(1)$时间,…
2021-11-05 cs.DS math-ph math.MP
Sampling Sphere Packings with Continuum Glauber Dynamics
Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院)
本文通过连续Glauber动力学建立谱间隙,扩展了能高效混合的活动范围,为任意范围的配对势提供简单高效的采样算法,并改进了固定尺寸/密度堆叠在有界域内高效采样的阈值。
2026-10-30 cs.DS math.PR
Domain Sparsification of Discrete Distributions using Entropic Independence
我们提出了一个框架,用于加快所需的时间,从离散分布$μ$定义的$k$的地面集的$n$元素的子集,在该制度$k\ll n$。我们发现,有估计的边际$\mathbb{P}_{S\sim μ}[i\in S]$,从$μ$采样的任务可以减少到采样分布$ν$支持的大小$k$子集的地面集只有$n^{1-α}\cdot \operatorname{poly}(k)$元素。这里,$1/α\in [1, k]$是$μ$的熵独立性参数。此外,稀疏分布$ν$通过将稀疏(主要是$0$)外部场应用于$μ$来获得,该操作通常保持从$ν$采样的算法易处理性。这种现象,我们称之为域稀疏化,使我们能够支付一次性成本估计的边际$μ$,并在回报减少摊销成本需要产生许多样本的分布$μ$,经常需要在上游任务,如计数和推理。对于广泛的分布,$α=Ω(1)$,我们的结果减少了域的大小,并作为一个推论,成本每样本,由一个$\operatorname{poly}(n)$的因素。例子包括单体-二聚体系统中的单体、非对称决定点过程和分配约束的强瑞利测度。我们的工作显着扩展了以前的工作Anari和Derezienski谁获得域稀疏分布的对数凹生成多项式(对应于$α=1$)的范围。作为我们的新的分析技术的必然结果,我们也得到了一个不太严格的要求,即使是对对数凹多项式的情况下,边际估计的准确性;粗略地说,我们表明,常数因子近似是足够的域稀疏…
2021-09-15 cs.DS math.PR
From Coupling to Spectral Independence and Blackbox Comparison with the Down-Up Walk
我们表明,存在一个“好”的耦合w.r.t.离散乘积空间上的任何局部马尔可夫链的汉明距离意味着以黑箱方式快速混合Glauber动力学。更具体地说,我们只需要在耦合下连续迭代之间的预期距离是可求和的,而不是在最坏情况下的一步收缩。结合最近的局部到全局的参数\cite{CLV21},我们建立了渐近最优的下限的标准和修改的log-Sobolev常数的Glauber动力学采样从自旋系统的有界度图时,曲率条件\cite{Oll09}满足。为了实现这一点,我们使用斯泰因的马尔可夫链\cite{BN19, RR19}的方法表明,一个“良好”的耦合局部马尔可夫链产生强的范围上的频谱独立的分布在\cite{ALO20}的意义。我们的主要应用是采样适当的列表着色有界度图。特别是,结合我们的技术\cite{Vig00, CDMPP19}给出的翻转动力学的耦合,我们显示了最佳的$O(n\log n)$混合的Glauber动力学采样适当的列表着色的任何有界度图与最大程度$Δ$每当颜色列表的大小至少是$\left(\frac{11}{6} - ε\right)Δ$,其中$ε\approx 10^{-5}$是小常数。虽然$O(n^{2})$混合之前已经知道,我们的方法还产生了Hamming Lipschitz函数在这个政权,这是不知道以前的Becloff型浓度范围。我们的方法是显着不同于以前的作品建立光谱独立的自…
2021-07-17 cs.DM cs.DS math-ph
Approximating Minimum-Cost k-Node Connected Subgraphs via Independence-Free Graphs
对于最小代价$k$ -结点连通生成子图问题,在结点数至少为$k^3(k-1)+k$的条件下,给出了一个6-近似算法.我们应用组合预处理,基于Frank-Tardos算法的$k$ -outconnectivity,将任何输入转换为一个实例,这样的迭代舍入方法给出了2-近似保证。这是第一个常数因子近似算法,即使在渐近设置的问题,也就是说,限制的情况下,节点的数量是下界的函数$k$。
2012-12-17 cs.DM cs.DS math.CO
Coupling Independence Implies Zero-Freeness
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学)
针对最大度不超过Δ的有限简单图,证明当q≥11Δ/6时反铁磁q态Potts配分函数在[0,1]的图一致复邻域内无Fisher零点,还得到布尔Holant问题的零自由区域。
2026-10-09 cs.DS math-ph math.MP
Bibliography of distributed approximation beyond bounded degree
本工作整理了聚焦于有界度之外图类的分布式近似算法相关非正式文献目录,覆盖几何类、有界参数类、含禁用结构类等多种图类的相关技术研究。
2023-11-09 cs.DC cs.DS
Constructing and sampling directed graphs with given degree sequences
复杂网络的组成部分之间的相互作用往往是有方向的。正确的建模这样的系统经常需要建设的合奏有向图与一个给定的序列,在和出度。由于具有给定度序列的简单标号图的数量通常非常大,即使对于短序列,也需要抽样方法进行统计研究。目前,有两类主要的生成样本的方法。现有的方法之一,首先产生一个限制类的图,然后使用马尔可夫链蒙特卡罗算法的基础上边交换,以产生其他的实现。由于该过程的混合时间仍然未知,因此不能很好地控制样品的独立性。另一类方法是基于配置模型,由于自环和多个边缘,可能导致不可接受的许多样本拒绝。在这里,我们提出了一个算法,可以直接构造一个给定的二度序列的所有可能的实现由简单的有向图。我们的方法是拒绝自由,保证独立的构造样本,并提供他们的权重。然后,权重可以用于计算网络可观测量的统计平均值,就好像它们是从均匀分布的采样或任何其他选择的分布中获得的一样。
2011-09-21 cond-mat.stat-mech cs.DS cs.SI
A Unified Approach to Learning Ising Models: Beyond Independence and Bounded Width
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院)
本文提出一种基于节点级逻辑回归的统一方法,在超越独立性和宽度界限的多种新设置下(如动态生成数据、Sherrington-Kirkpatrick模型及对抗性动力学)高效恢复Ising模型参数,显著推广了现有分析。
2023-11-15 cs.DS cs.LG stat.ML
Constant-factor approximation of maximum distance-2 independent set in graphs of bounded merge-width
University of Warsaw, Institute of Informatics(华沙大学信息学研究所)
针对有界半径-2合并宽度图,提出基于线性规划的常数因子近似算法求解最大距离-2独立集问题,并证明该结果与最小支配集问题的近似算法等价,且半径-2合并宽度界是紧的。
2026-07-01 cs.DM cs.DS
Universality of Spectral Independence with Applications to Fast Mixing in Spin Glasses
该研究证明谱独立性具有普适性,即O(n)弛豫时间可推出谱独立性;还证明哈密顿量多线性延拓光滑的分布的Glauber动力学有O(n)弛豫时间,且这类分布分数对数凹、满足修正对数Sobolev不等式,还得到高温混合p-spin模型的最优O~(n)混合时间,对多领域有重要意义。
2023-07-19 cs.DS math-ph math.MP
Rapid Mixing for Colorings via Spectral Independence
Anari等人(2020)的谱独立方法利用了Alev和Lau(2020)的高维扩展器的最新结果,并为定义在加权独立集上的硬核模型建立了Glauber动力学的快速混合。我们开发的频谱独立的着色方法,并获得相应的计数/采样问题的新的算法结果。令$α^*\approx 1.763$表示$\exp(1/x)=x$的解,令$α>α^*$。证明了对任意具有最大度$Δ$的无三角形图$G=(V,E)$,对所有的$q\geqαΔ+1$,$q$ -着色的Glauber动力学的混合时间是$n=|V|$中的多项式,多项式的指数与$Δ$和$q$无关.相比之下,先前的近似着色计数结果适用于类似的$q$范围(在$Δ$中渐近),但具有更大的围长要求或具有多项式指数取决于$Δ$和$q$(指数)的运行时间。使用谱独立方法来研究着色的另一个特征是,它避免了以前方法中由耦合参数或传递到复平面引起的许多技术复杂性;运行时间的关键改进是基于相对简单的组合参数,然后将其转换为谱边界。
2020-07-16 cs.DM cs.DS math-ph
Spectral Independence via Stability and Applications to Holant-Type Problems
本文证明多项式稳定性可推出谱独立,从而为有界度图上的 Holant 型问题(如带权边覆盖、铁磁 Ising 模型等)获得最优 O(n log n) 混合时间的 Glauber 动力学采样算法,显著改进了此前基于多项式插值方法的运行时间保证。
2024-07-11 cs.DM cs.DS math-ph
Entropic Independence I: Modified Log-Sobolev Inequalities for Fractionally Log-Concave Distributions and High-Temperature Ising Models
我们引入了一个概念,称为熵的独立性,这是一个熵的高维扩展谱概念的模拟。非正式地,背景分布$μ$对元素的基集合的$k$大小的子集的熵独立性表明,对于任何(可能随机选择的)集合$S$,随机均匀绘制的$S$的单个元素的相对熵最多携带$S$的相对熵的$O(1/k)$分数。熵独立性是谱独立性概念的类似物,如果用熵代替方差的话。我们使用熵的独立性,以获得紧密的混合时间界,克服了有损性质的马尔可夫链的谱分析指数大小的状态空间。在我们的主要技术结果中,我们展示了导出熵收缩的一般方法,也称为熵收缩。修正的log-Sobolev不等式,从谱的概念向下向上随机游动。我们发现,谱独立的分布在任意外部领域自动意味着熵的独立性。为了得到我们的结果,我们与熵的独立性的多项式的属性:$μ$是熵独立的,正是当一个转换版本的生成多项式的$μ$是上界由其线性切线;这一属性是隐含的所述变换,这是由先前的工作是局部等价于谱独立的。我们应用我们的结果,以获得紧修改的log-Sobolev不等式和混合时间的多步向下行走分数对数凹分布。作为我们的旗舰应用,我们建立了紧混合时间的$O(n\log n)$的Glauber动力学的伊辛模型,其相互作用矩阵的本征谱的长度小于$1$,改善了先前的二次依赖$n$。
2021-11-05 cs.DM cs.DS math-ph