Streaming Algorithms via Local Algorithms for Maximum Directed Cut
该研究探索局部算法在最大有向割问题流算法设计中的应用,开发出适用于对抗性和随机有序流的算法,实现亚线性或对数空间复杂度与小于1/2的固定常数近似因子,且单次遍历结果紧匹配已知下界。
2024-11-28 cs.DS
The Quantum and Classical Streaming Complexity of Quantum and Classical Max-Cut
我们研究了两个图流问题的空间复杂性:最大割和它的量子模拟,量子最大割。Kapralov和Krachun以前的工作解决了\emph{classical}问题的经典复杂性,表明任何$(2 - \varepsilon)$ -近似都需要$Ω(n)$空间($2$ -近似对于$\textrm{O}(\log n)$空间是微不足道的)。我们推广这两个限定符,演示$Ω(n)$空间下界的$(2 - \varepsilon)$近似最大割和量子最大割,即使该算法被允许保持一个量子态。由于平凡的近似算法的量子最大割只给出了一个$4$ -近似,我们显示紧密的算法,返回一个$(2 + \varepsilon)$ -近似的量子最大割值的图在$\textrm{O}(\log n)$空间。我们利用$\textrm{o}(n)$空间解决了量子和经典Max-Cut的量子和经典逼近问题。我们证明我们的下界通过布尔傅立叶分析的技术。我们给出了这些方法在顺序单向量子通信中的第一个应用,其中每个参与者从前一个参与者接收量子消息,然后可以在将其发送给下一个之前对其执行任意量子操作。为此,我们展示了如何傅立叶分析技术可以用来理解的应用程序的量子信道。
2022-09-20 cs.DS quant-ph
Streaming Balanced Graph Partitioning for Random Graphs
存储数据的规模最近出现了爆炸式增长,部分原因是存储技术的进步,部分原因是云计算的日益普及和生成的大量数据。这激发了对可以计算近似解而无需完全随机访问所有数据的流算法的需求。我们模型的问题加载到一个分布式集群的图计算一个近似平衡的$k$ -分区的一个图形在流的方式,只有一个通过的数据。我们给出了这个问题的下界,表明没有算法可以获得一个随机或对抗流排序的$o(n)$近似。我们分析了两个变种的随机贪心算法,一个是喜欢的$\arg\max$和一个是成比例的,随机图与嵌入式平衡$k$ -削减,并能够在理论上约束每个算法的性能-的$\arg\max$算法是能够恢复嵌入式$k$ -削减,而令人惊讶的是,比例的变体不能。这与[25]中的实验结果一致。
2012-12-05 cs.DS
Exponential Quantum Space Advantage for Approximating Maximum Directed Cut in the Streaming Model
针对最大有向割问题,提出一种使用 polylog(n) 空间的量子流式算法,实现 0.4844 近似比,首次在自然流式问题中取得指数级量子空间优势。
2023-11-23 cs.DS quant-ph
Window-based Streaming Graph Partitioning Algorithm
近年来,图形数据集的规模已经增加到这样的程度,以至于单个机器不能有效地处理大型图形。因此,有效的图划分是必要的,这些大型图的应用。传统的图分区通常在执行分区之前将整个图数据加载到内存中;这不仅是一项耗时的任务,而且还会产生内存瓶颈。这些问题的内存限制和巨大的时间复杂度可以解决使用基于流的图形分区。流图分区算法读取顶点一次,并相应地将该顶点分配给分区。这也被称为一次通过算法。本文提出了一种高效的基于窗口的流图分割算法WStream。WStream算法是一种边切割分区算法,它将顶点分布在分区之间。我们的研究结果表明,WStream算法能够有效地划分大型图形数据,同时保持不同分区之间的负载平衡,并将通信降至最低。真实负载下的测试结果也证明了该算法的有效性,在不同的数据集范围内,该算法都能显著降低负载不平衡和边切割。
2019-02-05 cs.DS
A $(2+ε)$-Approximation for Maximum Weight Matching in the Semi-Streaming Model
我们提出了一个简单的确定性单程$(2+ε)$ -近似算法的最大重量匹配问题的半流模型。这改进了当前已知的$(4+ε)$的近似比。我们的算法使用$O(n\log^2 n)$位空间作为$ε$的常数值。它依赖于局部比率定理的变化,这也可能用于半流模型中的其他算法。
2018-11-05 cs.DS
Multi-Pass Graph Streaming Lower Bounds for Cycle Counting, MAX-CUT, Matching Size, and Other Problems
考虑流模型中的以下间隙循环计数问题:$2$ -正则$n$ -顶点图$G$的边在流中逐个到达,并且我们保证$G$是$k$ -循环或$2k$ -循环的不相交并集,对于一些小的$k$ ;目标是区分这两种情况。Verbin和Yu [SODA 2011]介绍了这个问题,并表明解决这个问题的任何单通道流算法都需要$n^{1-Ω(\frac{1}{k})}$空间。这个结果及其背后的技术-布尔隐藏超匹配通信问题-已经被广泛用于证明各种问题的流下界。尽管它的意义和广泛的应用范围,Verbin和Yu的下界技术带有一个关键的弱点,这是继承了所有后续的结果:布尔隐藏超匹配问题是困难的,只有当正好有一轮的通信,可以解决对数通信在两轮。因此,从这个问题导出的所有流下界仅适用于单通道算法。我们证明了第一个多遍的间隙周期计数问题的下限:任何$p$通过流算法,可以区分不相交的联盟$k$ -周期与$2k$ -周期-甚至$k$ -周期与一个哈密尔顿周期-需要$n^{1-\frac{1}{k^{Ω(1/p)}}}$空间。作为这个结果的推论,我们可以将许多以前的下界扩展到多遍算法。例如,我们现在可以证明,$(1+ε)$近似于MAX-CUT的值、最大匹配大小或$n$ × $n$矩阵的秩的任何流算法需要$n^{Ω(1)}$空间或$Ω(\log{(\frac{1}ε)})$遍。对于所有这些问题,先前的工作甚至只在两个通道中打开了…
2021-04-17 cs.CC cs.DS
Almost Optimal Semi-streaming Maximization for k-Extendible Systems
在本文中,我们考虑的问题,找到一个最大的重量集受$k$ -可扩展的约束的数据流模型。迄今为止,据我们所知,该问题已知的唯一非平凡算法是半流$k^2(1 + \varepsilon)$近似算法(Crouch and Stubbs,2014),但半流$O(k)$ -近似算法已知用于该一般问题的许多受限情况。在本文中,我们通过提出用于一般问题的半流$O(k \log k)$ -近似算法来缩小大部分这一差距,即使在离线设置中,这也几乎是最好的(Feldman等人,2017年)。
2019-06-11 cs.DS
Graph Sparsification in the Semi-streaming Model
分析海量数据集一直是研究流媒体算法的主要动机之一。近年来,在分析流环境中的分布方面取得了重大进展,但在图问题上的进展有限。一个主要的原因是存在的线性空间下界,即使是简单的问题,如确定连通图。然而,在社交及其他交互网络产生的许多新场景中,顶点的数量明显少于边的数量。这导致了半流模型的公式化,其中我们假设空间在顶点数(但不一定是边)上是(接近)线性的,并且边以任意(并且可能是对立的)顺序出现。在本文中,我们专注于图稀疏化,这是在各种图形算法的主要组成部分之一。提供稀疏图近似的(非流)采样算法已经有很长的历史,并且很自然地会问,是否可以使用小空间实现稀疏化,并且还使用单次通过数据?这个问题是有趣的,从理论和实践的角度来看,我们回答这个问题是肯定的,通过提供一个通过$\tilde{O}(n/ε^{2})$空间算法,产生一个稀疏化,近似每个削减一个$(1+ε)$因素。我们还表明,$Ω(n \log \frac1ε)$空间是必要的一个通过流算法来近似的最小切割,改善后的$Ω(n)$下界,所产生的下界测试连接。
2009-05-05 cs.DS
An Optimal Space Lower Bound for Approximating MAX-CUT
我们考虑的问题,估计值的最大切割图中的流模型的计算。在一个极端情况下,对于该问题存在仅使用$O(\log n)$空间的平凡$2$近似,即,对边缘的数量进行计数并输出该值的一半作为MAX-CUT的大小的估计。在另一个极端,对于任何固定的$ε> 0$,如果允许$\tilde{O}(n)$空间,则可以通过存储基本上保留MAX-CUT值的$\tilde{O}(n)$大小的稀疏化器来获得MAX-CUT值的$(1+ε)$近似解。我们的主要结果是,任何(随机)单通流算法,打破$2$近似障碍需要$Ω(n)$ -空间,从而解决了空间复杂度的任何非平凡的近似的MAX-CUT值内的单通流模型的多对数因子。我们实现的结果,提出了一个紧密的分析隐式隐藏分区问题引入Kapralov等人。[SODA[17]对于任意数量的玩家。在这个问题中,许多参与者接收$Ω(n)$大小的随机匹配以及边缘上的随机位,并且他们的任务是确定这些位是否对应于某个隐藏的二分区的奇偶校验,或者仅仅是均匀随机的。与所有以前的傅立叶分析通信下界不同,我们的分析不直接使用在任何给定的权重水平下的典型消息的傅立叶系数的$\ell_2$范数上的界,该界遵循超压缩性。相反,我们使用的事实,即球员收到的图是稀疏的(匹配),以获得强上界的$\ell_1$规范的傅立叶系数的消息的个别球员,然后认为,使用卷积定理,类似的强界的$\ell_1$规范基本上保留一…
2018-11-27 cs.DS
Improved Streaming Algorithms for Maximum Directed Cut via Smoothed Snapshots
本文提出一种改进的流式算法,以 $\widetilde{O}(\sqrt{n})$ 空间实现 $0.483$ 近似最大有向割,通过引入一阶快照估计和平滑技术,首次证明该空间复杂度可超越 $o(\sqrt{n})$ 空间算法,为 CSP 近似开辟新途径。
2023-05-10 cs.DS
Streaming Algorithms for Submodular Function Maximization
我们考虑的问题最大化的非负子模集函数$f:2^{\mathcal{N}} \rightarrow \mathbb{R}^+$受$p$ -matchoid约束的单通道流设置。以前的工作在这方面已经考虑了流算法的模块化功能和单调的子模块化功能。主要结果是对子模函数是{ \em非单调}。我们描述了确定性和随机算法,获得一个$Ω(\frac{1}{p})$ -近似使用$O(k \log k)$ -空间,其中$k$是所需的集的基数上界。该模型假设值预言机访问$f$和成员资格预言机的拟阵定义的$p$ -matchoid约束。
2015-04-29 cs.DS
Single pass sparsification in the streaming model with edge deletions
在本文中,我们给出了一个结构的削减稀疏的Benczur和Karger在{ \em动态}流设置在一个单一的通过数据流。以前的构造要么需要多次走刀,要么无法处理边删除。我们使用$\tilde{O}(1/\e^2)$时间为每个流更新和$\tilde{O}(n/\e^2)$时间来构建一个稀疏。我们的$\e$ -稀疏器有$O(n\log^3 n/\e^2)$边。我们的研究结果背后的主要工具是Ahn等人的草图技术的应用。[SODA 12]来估计边缘连通性,以及具有有限独立性和稀疏恢复的采样的新应用,以产生稀疏器的边缘。
2012-03-22 cs.DS
Multi-Pass Streaming Lower Bounds for Approximating Max-Cut
该研究针对流式最大割近似的多遍访问下界问题,通过分析DIHP问题的通信复杂度,提出全局协议性质并结合全局超压缩不等式,证明非平凡近似需多项式遍数或空间,同时推导有向割下界,验证了已有算法的近似最优性。
2025-09-04 cs.CC cs.DM cs.DS
Streaming Maximum-Minimum Filter Using No More than Three Comparisons per Element
运行最大-最小(max-min)过滤器计算大小为w的运行窗口上的最大值和最小值。该滤波器在信号处理和时间序列分析中有许多应用。我们提出了一个易于实现的在线算法,在最坏的情况下,每个元素需要不超过3个比较。相比之下,在最坏的情况下,没有已知的算法可以在每个元素1.5次比较中计算运行最大(或最小)过滤器。我们的算法减少了延迟和内存使用。
2007-03-22 cs.DS
Half-Approximating Maximum Dicut in the Streaming Setting
Northeastern University(东北大学)
本文研究了在流模型下最大有向割问题的近似算法,证明在一般图中使用亚线性空间可实现(1/2-ε)近似,解决了该基础问题的近似复杂性。
2026-03-31 cs.DS
Semi-Streaming Algorithms for Submodular Maximization under Random Arrival Order
Tel-Aviv University(特拉维夫大学);University of Haifa(海法大学);Queen Mary University of London(伦敦玛丽女王大学);Tepper School of Business, Carnegie Mellon University (CMU)(卡内基梅隆大学泰珀商学院);Carnegie Mellon University (CMU)(卡内基梅隆大学)
本文研究了在随机到达顺序下,针对子模函数最大化问题的半流算法,改进了传统对抗性顺序下的结果,特别是在matroid等约束下,实现了更高效的多轮算法,并证明了随机顺序与对抗性顺序之间的分离。
2026-05-14 cs.DS
Multi-Pass Streaming Algorithms for Monotone Submodular Function Maximization
我们考虑最大化一个单调的子模函数的基数约束或背包约束下的流设置。特别是,元素顺序到达,并且在任何时间点,算法只能访问存储在主存储器中的数据的一小部分。我们提出了以下流算法$O(\varepsilon^{-1})$通过:-一个$(1-e^{-1}-\varepsilon)$ -基数约束问题的近似算法-一个$(0.5-\varepsilon)$ -背包约束问题的近似算法。我们的两个算法都在$O^\ast(n)$时间内运行,使用$O^\ast(K)$空间,其中$n$是基集的大小,$K$是背包的大小。这里,术语$O^\ast$隐藏了$\log K$和$\varepsilon^{-1}$的多项式。我们的流算法也可以用作快速近似算法。特别地,对于基数约束问题,我们的算法需要$O(n\varepsilon^{-1} \log (\varepsilon^{-1}\log K) )$时间,改进了Badanidiyuru和Vondrák的算法需要$O(n \varepsilon^{-1} \log (\varepsilon^{-1} K) )$时间.
2018-02-17 cs.DS
Approximate Maximum Matching in Random Streams
在本文中,我们研究的问题,找到一个最大匹配的半流模型时,边缘到达随机顺序。在半流模型中,算法接收边流,并且允许具有$\tilde{O}(n)$的存储器,其中$n$是图中的顶点数。Assadi等人最近的一项鼓舞人心的工作表明,存在一种使用$\tilde{O}(n^{1.5})$存储器的$\frac{2}{3}$近似比的流算法。然而,他们的算法的内存是远远大于半流算法的内存约束。在这项工作中,我们进一步研究这个问题的半流模型,我们提出了简单的算法近似最大匹配的半流模型。我们的主要结果如下。我们发现,存在一个单通确定性半流算法,发现一个$\frac{3}{5} (= 0.6)$近似的最大匹配的二分图使用$\tilde{O}(n)$内存。该结果显著优于Konrad的最新结果,Konrad使用$\tilde{O}(n)$存储器找到最大匹配的$0.539$近似。通过给出一个黑盒减少找到一个匹配的一般图中找到一个匹配的二分图,我们发现存在一个单通确定性半流算法,找到一个$\frac{6}{11} (\approx 0.545)$近似的最大匹配一般图,改进后的最先进的结果$0.506$近似Gamlath等。
2019-12-22 cs.DS
Submodular Maximization over Sliding Windows
在本文中,我们研究的数据流模型中的子模块最大化形式的代表元素的提取。与以往的流次模最大化问题不同,我们只对最近的数据感兴趣,并研究了滑动窗口上的最大化问题。我们提供了一个一般的减少从滑动窗口模型的标准流模型,因此我们的方法适用于一般的约束条件,只要有一个相应的流算法在标准流模型。因此,我们得到的第一个算法在滑动窗口模型的基数和拟阵约束下的单调/非单调子模函数最大化。我们还提出了几种算法,并在现实世界的数据集上显示了它们的效率。
2016-11-01 cs.DS
Maximum Matching in Semi-Streaming with Few Passes
在半流模型中,算法以任意顺序接收图的边流,并使用大小为$O(n \mbox{ polylog } n)$的存储器,其中$n$是图的顶点数。在这项工作中,我们提出了半流算法,执行一个或两个通过输入流的最大匹配没有限制的输入图,并为重要的特殊情况下,我们称为最大二分匹配(MBM)的二分图。贪婪匹配算法对输入执行一次遍历,并输出$1/2$近似值。自2005年关于匹配问题的流算法的第一篇论文出现以来,是否存在更好的一次通过算法一直是一个悬而未决的问题[Feigenbaum等人,SODA 2005]。我们在这个问题上取得了以下进展:在一次通过设置,我们表明,有一个确定性的半流算法MBM与预期的近似因子$1/2+0.005$,假设边到达一个接一个(均匀)随机顺序。我们将此算法推广到一般的图,我们得到了一个$1/2+0.003$近似。在两遍设置中,我们不需要随机到达顺序假设(边缘流是任意顺序的)。我们提出了一个简单的随机两遍半流算法MBM与预期的近似因子$1/2 + 0.019$。此外,我们讨论了一个更复杂的确定性的两遍半流算法MBM与近似因子$1/2 + 0.019$和一般的图与近似因子$1/2 + 0.0071$,该算法的推广。
2014-04-10 cs.DS
Laminar Families and Metric Embeddings: Non-bipartite Maximum Matching Problem in the Semi-Streaming Model
本文研究了半流模型下的非二部最大匹配问题。最近,半流模型中的最大匹配问题受到了极大的关注。虽然对于二分图已经稍微很好地解决了该问题,但是用于非二分图的已知算法使用$2^{\frac1ε}$遍或$n^{\frac1ε}$时间来计算$(1-ε)$近似。在本文中,我们提供了第一个FPTAS(多项式在$n,\frac1ε$)的问题,这是有效的运行时间和通过的数量。我们还表明,我们可以估计的大小匹配$O(\frac1ε)$通过使用轻微的超线性空间。为了实现这两个结果,我们使用的结构特性的匹配多面体,如层紧集和总的对偶积分。该算法是迭代的,并基于分数包装和覆盖框架。然而,本文的公式需要指数地多个变量或约束。我们使用分层,度量嵌入和图稀疏化,以减少所需的算法之间和整个迭代的空间。这是第一次使用这些想法在半流模型来解决一个组合优化问题。
2011-04-20 cs.DS
Streaming Complexity Separations for Dense and Sparse Graphs
Carnegie Mellon University(卡内基梅隆大学)
研究揭示了在输出近似割时最大割问题流空间复杂度的分离,密集图需O(n/ε²)空间,稀疏图需Ω(n log(ε²n)/ε²)空间,同时改进了密集子图和常数 arity CSP 的流空间复杂度。
2026-05-10 cs.CC cs.DS
Semi-Streaming Algorithms for Submodular Function Maximization Under b-Matching, Matroid, and Matchoid Constraints
在半流模型下,研究了在$b$ -匹配约束下极大化非负子模函数的问题。当函数是线性的、单调的和非单调的时,我们分别得到了$2+\varepsilon$、$3 + 2 \sqrt{2} \approx 5.828$和$4 + 2 \sqrt{3} \approx 7.464$的逼近比。我们还考虑了一个广义的问题,其中一个$k$ -均匀超图,以及一个额外的拟阵或$k'$ -拟阵约束施加在边缘上,具有相同的目标,找到一个$b$ -匹配,最大化的子模块功能。当额外约束为拟阵时,我们分别得到了$k + 1 + \varepsilon$、$k + 2\sqrt{k+1} + 2$和$k + 2\sqrt{k + 2} + 3$对线性、单调和非单调次模函数的逼近比.当附加约束为$k'$ -拟线时,得到了一般次模函数的逼近比$\frac{8}{3}k+ \frac{64}{9}k' + O(1)$.
2022-01-10 cs.DS
Improved Deterministic Streaming Algorithms for Non-monotone Submodular Maximization
该研究针对非单调子模最大化流式算法在不同约束下近似比存在差距的问题,提出了首个基数约束确定性流式算法与首个d-背包约束流式算法,均取得更优近似比与明确的时空复杂度。
2023-11-07 cs.DS
Submodular Maximization Meets Streaming: Matchings, Matroids, and More
我们研究的问题,找到一个最大的匹配在一个图中给定的输入流列出其边缘在一些任意的顺序,其中要最大化的数量是由一个单调的子模函数的子集的边缘。这个问题,我们称之为最大子模函数匹配(MSM),是最大权重匹配(MWM)的自然推广,而MWM又是最大基数匹配(MCM)的推广。对于这个问题,我们给出了两个无与伦比的算法,其空间使用率在半流范围内-它们仅存储$O(n)$边缘,使用$O(n\log n)$工作存储器-分别在单遍中实现$7.75$的近似比率和在$O(ε^{-3})$遍中实现$(3+ε)$的近似比率。这些算法的操作模仿Zelke和McGregor的MWM各自的算法;新颖之处在于MSM设置的分析。事实上,我们确定了一个通用的框架MWM算法,允许这种适应更广泛的MSM设置。在续集中,我们给出了这些结果的推广,其中最大化是在“独立集”在一个非常普遍的意义。这种推广捕获超图中的超匹配以及多个拟阵的交集中的独立性。
2013-11-16 cs.DS
Improved Approximation Algorithms for (1,2)-TSP and Max-TSP Using Path Covers in the Semi-Streaming Model
本文研究了半流模型下的TSP问题,通过提出最大路径覆盖问题的$( rac{2}{3}-ε)$近似算法,进而为(1,2)-TSP和Max-TSP分别设计了近似比$( rac{4}{3}+ε)$和$( rac{7}{12}-ε)$的改进算法。
2025-01-29 cs.DS
Optimal Streaming Algorithms for Submodular Maximization with Cardinality Constraints
研究了流模型中非单调次模函数在基数约束下的最大化问题。我们的主要贡献是一个单通(半)流算法,使用大致$O(k / \varepsilon^2)$内存,其中$k$的大小约束。在流的末尾,我们的算法使用任何子模最大化的离线算法对其数据结构进行后处理,并获得近似保证为$\fracα{1+α}-\varepsilon$的解,其中$α$是离线算法的近似。如果我们使用精确(指数时间)后处理算法,这将导致$\frac{1}{2}-\varepsilon$近似(这几乎是最佳的)。如果我们使用Buchbinder和Feldman的算法(OR 2019数学)进行后处理,该算法实现了$α=0.385$的最先进离线近似保证,则我们获得了多项式时间内的$0.2779$近似,优于Feldman等人(NeurIPS 2018)之前$0.1715$的最佳多项式时间近似。值得一提的是,我们的算法是组合的和确定性的,这是罕见的非单调子模最大化算法,并享有快速的更新时间$O(\frac{\log k + \log (1/α)}{\varepsilon^2})$每个元素。
2020-08-10 cs.DS
FREIGHT: Fast Streaming Hypergraph Partitioning
将一个超图的顶点划分成k个大致平衡的块,使得块之间的超边很少,这是大规模分布式处理的一个关键问题。使用低计算资源划分巨大(超)图的当前趋势是流式算法。在这项工作中,我们提出FREIGHT:一个快速stREamInG超图分割算法,这是一个适应的广为人知的基于图的算法茴香。通过使用一种高效的数据结构,使FREIGHT的整体运行与超图的管脚数成线性关系,内存消耗与网络和块的数量成线性关系。我们广泛的实验结果展示了FREIGHT作为一种高效和有效的流超图分割解决方案的良好性能。我们的算法演示了具有竞争力的运行时间与散列算法,与四分之三的实例上观察到的最大因子4的差异。值得注意的是,我们的研究结果突出了所有现有的(缓冲)流媒体算法,甚至内存中的算法HYPE的优势,无论是割网和连接措施的运费。这表明,我们提出的算法是一个很有前途的超图分割工具,以应对大规模和动态数据处理所带来的挑战。
2023-02-13 cs.DS
Streaming Weighted Matchings: Optimal Meets Greedy
我们考虑的问题,近似的最大加权匹配,当一个底层的加权图$G(V,E)$的边缘被发现在一个流的方式。我们分析了Crouch和Stubbs(APPROX,2014)提出的以前最著名的$(4+ε)$近似算法的一个变体,并证明了他们的猜想,即它实现了$3.5+ε$的紧近似因子。该算法将流分成子流,并在子流上运行贪婪最大匹配算法。在流的末尾,所选择的边被作为最优最大加权匹配算法的输入。为了分析近似保证,我们开发了一种新的充电参数,我们分解的边缘的最大加权匹配的$G$到几个自然类,然后分别收取他们的边缘匹配输出我们的算法。
2018-04-29 cs.DS
Expander Decomposition in Dynamic Streams
本文首次在动态流模型中研究了图的 expander 分解,通过引入 power_cut 稀疏器这一新型算法工具,使用 $\tilde{O}(n/εδ)$ 空间实现了递归最稀疏割过程,并证明了其空间复杂度的渐近紧致性。
2023-08-03 cs.DS
Improved Multi-Pass Streaming Algorithms for Submodular Maximization with Matroid Constraints
我们给出了改进的多通道流算法的问题,最大化的单调或任意非负的子模函数的一般$p$ -matchoid约束的模型中,在该模型中,地面集的元素到达一个在一个时间流。我们考虑的约束族推广了$p$任意拟阵约束的交集和$p$ -一致超图匹配。对于单调子模函数,我们的算法使用$O(p/\varepsilon)$ -通道保证$p+1+\varepsilon$,并且只需要存储$O(k)$元素,其中$k$是可行解的最大大小.这立即给出了一个$O(1/\varepsilon)$ -通过$(2+\varepsilon)$ -近似算法的单调子模极大化的拟阵和$(3+\varepsilon)$ -近似单调子模匹配。我们的算法不注意选择$\varepsilon$,并且可以在任何次数的通过后停止,从而提供适当的保证。我们扩展我们的技术,以获得第一个多通流算法的一般,非负的子模函数受到$p$ -matchoid约束,通过独立的地面集和$k$的大小。我们表明,一个随机的$O(p/\varepsilon)$ -通过算法存储$O(p^3k\log(k)/\varepsilon^3)$元素给出了一个$(p+1+\barγ+O(\varepsilon))$ -近似,其中$\bar{gamma}$是保证最知名的离线算法相同的问题。
2021-02-18 cs.DS
The Sparse Awakens: Streaming Algorithms for Matching Size Estimation in Sparse Graphs
估计最大匹配的大小是图算法中的一个典型问题,并且在一系列不同的计算模型上吸引了广泛的研究。我们提出了改进的流算法近似稀疏(有界荫度)图的最大匹配的大小。* 仅插入流:我们提出了一个单程算法,需要O(c log^2 n)的空间和近似的最大匹配的大小在一个因子O(c)荫度c的图。该算法比现有的O~(cn^{2/3})空间流算法有了很大的改进。* 动态流:给定动态图形流(即,针对c-有界荫度图的边的插入和删除问题,我们提出了一个单遍算法,该算法使用空间O~(c^{10/3}n^{2/3}),并返回最大匹配大小的O(c)-估计。该算法改进了现有的O~(cn^{4/5})空间算法,其中O~(.)符号在$n$依赖项中隐藏对数。与以前的作品相比,我们的结果更多地利用了对输入的流访问,并根据流中边的排序以及稀疏图的度分布和结构属性来表征匹配大小。
2016-11-14 cs.DS
Streaming Non-monotone Submodular Maximization: Personalized Video Summarization on the Fly
需要对快速产生的数据流进行实时的分析(例如,视频和图像流)激发了流算法的设计,该流算法可以有效地从“动态”的大量数据中提取和总结有用的信息。此类问题通常可以简化为在各种约束下最大化子模集函数。虽然最近已经开发了用于单调子模最大化的高效流传输方法,但是在诸如视频摘要的广泛应用中,底层效用函数是非单调的,并且通常存在对优化问题施加的各种约束以考虑隐私或个性化。我们开发的第一个有效的单通流算法,流本地搜索,任何流单调子模块最大化算法与近似保证$α$下的独立系统${\cal I}$的集合,提供了一个恒定的$1/\big(1+2/\sqrtα+1/α+2d(1+\sqrtα)\big)$近似保证最大化的非单调子模块功能下的交集${\cal I}$和$d$背包约束。我们的实验表明,对于视频摘要,我们的方法运行速度比以前的工作快1700倍以上,同时保持几乎相同的性能。
2017-12-26 cs.DS cs.IR
Near-optimal streaming approximation for Max-DICUT in sublinear space using two passes
University of Waterloo(滑铁卢大学);Toyota Technological Institute at Chicago(芝加哥丰田技术学院)
本文提出一个两次遍历算法,在子线性空间内实现Max-DICUT的(1/2-ε)近似,解决了单次遍历下任意图的子线性空间近似问题。
2026-04-12 cs.DS
Streaming Maximal Matching with Bounded Deletions
该研究聚焦受限删除图流中的极大匹配问题,提出新的随机与确定性算法及匹配下界,明确了空间复杂度随删除上限K的变化规律,还发现放宽为α>2的最大匹配近似时空间复杂度会显著降低。
2025-02-21 cs.DS
Streaming Algorithms for Partitioning Integer Sequences
研究了单通道数据流模型中整数序列的划分问题。给定长度为$n$的整数$X \in \{0, 1, \dots, m \}^n$的输入流,具有最大元素$m$和参数$p$。目标是输出将输入流分割成$p$连续块的分隔符的位置,使得块的最大权重最小化。我们发现,计算最优解需要线性空间,我们设计了空间有效的$(1+ε)$ -近似算法为这个问题的参数搜索框架。我们证明了参数搜索可以成功地应用于流模型,我们提出了更有效的空间的基本方法的改进。所有讨论的算法需要空间$O( \frac{1}ε \mathrm{polylog} (m,n,\frac{1}ε))$,我们证明了$\frac{1}ε$的线性依赖性是必要的任何可能的随机一遍流算法,计算一个$(1+ε)$ -近似。
2014-07-07 cs.DS
Streaming Submodular Maximization under a $k$-Set System Constraint
The Open University of Israel(以色列开放大学);Yale Institute for Network Science, Yale University(耶鲁大学网络科学研究所);University of Haifa(海法大学)
在本文中,我们提出了一个新的框架,将流算法的单调子模块最大化到流算法的非单调子模块最大化。这种减少很容易导致目前最严格的确定性近似比submodular最大化受$k$ -matchoid约束。此外,我们提出了第一个流算法的单调子模最大化受$k$ -可扩展和$k$ -集系统约束。与我们提出的约简一起,我们分别得到了满足上述约束的子模最大化的$O(k\log k)$和$O(k^2\log k)$近似比。我们广泛评估我们的算法对现有的工作在一系列的实验,包括寻找随机生成的图中的最大独立集,最大化线性函数在社交网络,电影推荐,Yelp位置摘要,Twitter数据摘要的经验性能。
2020-02-09 cs.DS cs.LG
On Two-Pass Streaming Algorithms for Maximum Bipartite Matching
研究了最大二分匹配(MBM)的两遍流算法。所有已知的用于MBM的两遍流算法以类似的方式操作:它们在第一遍中计算最大匹配,并在第二遍中找到3-增强路径,以便增强在第一遍中找到的匹配。我们的目的是探索这种方法的局限性,并确定当前的技术是否可以用来进一步提高国家的最先进的算法。我们给出如下结果:我们表明,每一个两遍流算法,只计算一个最大的匹配在第一遍,并输出一个$(2/3+ε)$ -近似需要$n^{1+Ω(\frac{1}{\log \log n})}$空间,对于每一个$ε> 0$,其中$n$是输入图的顶点数。这个结果是通过扩展[GKK,SODA'12]的Ruzsa-Szemerédi图构造而得到的,以确保所得到的图具有接近完美的匹配,这是我们构造所需的关键属性。这一结果可能是独立的利益。此外,我们结合了两种主要技术,即,子采样后的贪婪匹配算法[Konrad,MFCS'18],它给出了一个$2-\sqrt{2} \approx 0.5857$ -近似,和\emph{degree-bounded semi-matchings}的计算[EHM,ICDMW'16][KT,APPROX'17],它给出了一个$\frac{1}{2} + \frac{1}{12} \approx 0.5833$ -近似,并获得一个元算法,产生康拉德和Esfandiari等人。的算法作为特例。这将两个研究方向结合起来…
2021-09-17 cs.DS
Polynomial Pass Lower Bounds for Graph Streaming Algorithms
我们提出了新的下界,表明多项式数量的通行证是必要的,解决一些基本的图形问题的流模型的计算。例如,我们表明,任何流算法,找到一个加权最小$s$削减$t$顶点无向图需要$n^{2-o(1)}$空间,除非它使$n^{Ω(1)}$通过流。为了证明我们的下限,我们引入并分析了一个新的四人通信问题,我们称之为隐藏指针追逐问题。这是一个标准的指针追逐问题的精神与关键的区别,在这个问题中的指针是隐藏的球员,找到他们中的每一个需要解决另一个通信问题,即集合相交问题。我们的下界图的问题,然后获得减少隐藏指针追逐问题。我们的隐藏指针追踪问题看起来足够灵活,可以找到其他应用程序,因此本身就很有趣。为了展示这一点,我们进一步提出了一个有趣的应用程序,这个问题超出流算法。使用减少隐藏指针追逐,我们证明了任何算法的次模函数最小化需要使$n^{2-o(1)}$值查询的功能,除非它有一个多项式程度的自适应。
2019-04-09 cs.DS
Pseudodeterministic Algorithms for Minimum Cut Problems
Max-Planck-Institut für Informatik(马克斯·普朗克 informatics 研究所);Saarland Informatics Campus(萨尔兰 informatics 校园);University of Cologne(科隆大学)
本文提出了一种高效的伪确定性算法,用于解决全局最小割和最小s-t割问题,并在多种计算模型中实现了该算法。
2025-12-29 cs.CC cs.DS
Learning-Augmented Streaming Algorithms for Approximating Boolean Max-CSPs
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学);Rutgers University(罗格斯大学);University of Waterloo(滑铁卢大学);University of California, Santa Barbara(加利福尼亚大学圣巴巴拉分校)
该研究针对布尔Max-CSP设计学习增强流式算法,在可得ε的高度准确估计时,将Max-Cut的相关结果推广至一般Max-2CSP并优化空间复杂度,还扩展至k≥3的Max-kCSP。
2026-10-14 cs.DS
On streaming approximation algorithms for constraint satisfaction problems
本论文研究约束满足问题的流式近似算法,系统梳理了$\sqrt n$空间和线性空间下的可近似性刻画,并贡献了排序CSP的近似抵抗性证明以及对称布尔CSP的sketching近似比结果。
2023-04-13 cs.DS
Space Complexity of Minimum Cut Problems in Single-Pass Streams
本文研究单遍插入流中的最小割空间复杂度,提出近优空间的谱割、最小割与有效电阻流式算法,并给出随机顺序精确算法及确定性下界。
2024-12-06 cs.DS
Making a Sieve Random: Improved Semi-Streaming Algorithm for Submodular Maximization under a Cardinality Constraint
在本文中,我们考虑的问题,最大化一个非负的子模函数的基数约束下的数据流模型。以前,用于该问题的最公知算法是基于局部搜索技术的$5.828$近似半流算法(Feldman等人,2018年)。对于目标函数也是单调的这个问题的特殊情况,最先进的半流算法是一种称为Sieve-Streaming的算法,它基于不同的技术(Badanidiyuru,2014)。适应技术的筛流的非单调目标函数已被证明是一个具有挑战性的任务,这迄今为止阻止了改进的本地搜索基于$5.828$-近似。在本文中,我们克服了上述挑战,通过引入"恰到好处"的随机性,使Sieve-Streaming算法适应于非单调目标函数,从而得到了一个半流多项式时间$4.282$-近似算法。此外,如果允许我们的算法在超多项式时间内运行,那么它的逼近比可以进一步提高到$3 + \varepsilon$。
2019-06-26 cs.DM cs.DS
Streaming Algorithms for News and Scientific Literature Recommendation: Submodular Maximization with a d-Knapsack Constraint
Texas A&M University(德克萨斯A&M大学)
次模极大化问题属于组合优化问题族,有着广泛的应用。在本文中,我们专注于最大化单调子模函数的问题受到$d$ -背包约束,为此,我们提出了一个流算法,实现了$\left(\frac{1}{1+2d}-ε\right)$ -近似的最优值,而它只需要一个单一的通过数据集,而不存储在内存中的所有数据。在我们的实验中,我们广泛评估我们提出的算法的有效性,通过两个应用程序:新闻推荐和科学文献推荐。据观察,所提出的流算法实现了执行加速和内存节省了几个数量级,与现有的方法相比。
2016-07-05 cs.DS cs.LG
Exponential Quantum Space Advantage for Approximating Max-$k$SAT in the Streaming Setting
Penn State University(宾夕法尼亚州立大学);University of Southern California(南加州大学)
本文提出了一种单次量子流算法,使用polylog(n)空间在Max-kSAT问题上达到0.7172近似比,相比经典算法需要Ω(√n)空间,展示了指数级量子空间优势。
2026-10-05 cs.CC cs.DS
Quick Streaming Algorithms for Maximization of Monotone Submodular Functions in Linear Time
Florida State University(佛罗里达州立大学)
考虑基数约束$k$下基集大小为$n$的单调次模极大化问题.对于这个问题,我们介绍了第一个确定性算法的线性时间复杂度,这些算法是流算法。对于任何$c \ge 1$,我们的单遍算法在$\lceil n / c \rceil + c$ Oracle查询中获得恒定的比率。此外,我们提出了一个确定性的,多遍流算法,通过一个恒定的数量,达到接近线性查询和时间复杂度的最佳比例。我们证明了一个下界,这意味着没有常数因子近似存在使用$o(n)$查询,即使查询不可行集是允许的。实证分析表明,我们的算法需要更少的查询(通常大大低于$n$),但仍然实现更好的客观价值比目前的国家的最先进的算法,包括单通,多通,和非流算法。
2021-03-08 cs.DS cs.LG
Streaming Algorithms for Graph k-Matching with Optimal or Near-Optimal Update Time
针对图k匹配问题,提出仅插入和动态流模型下的单遍算法,空间复杂度最优,更新时间分别达到O(1)和O(polylog(n)),显著优于此前结果。
2023-10-16 cs.DS
Near-optimal Hypergraph Sparsification in Insertion-only and Bounded-deletion Streams
针对仅插入流,提出超图割稀疏化算法,空间复杂度 $\tilde{O}(nr/\epsilon^2)$,匹配静态设置,并证明与动态流存在 $\Omega(\log m)$ 因子分离。
2025-04-22 cs.DS
Deterministic Streaming Lower Bounds for Approximate Maximum Clique and Maximum Independent Set
University of Cambridge(剑桥大学);University of Bristol(布里斯托大学)
本研究针对单遍边到达流中的最大团和最大独立集问题,证明了任何确定性算法需 Ω(n^2/(β log n)) 位空间,填补了与随机算法的差距,凸显随机性的优势。
2026-10-30 cs.DS
Constructing Large Matchings via Query Access to a Maximal Matching Oracle
用于最大匹配的多通道流算法已经被研究了超过15年,并且今天已知各种算法结果,包括打破$1/2$ -近似障碍的$2$ -通道流算法,以及在二分图中的$O(\text{poly} \frac{1}ε)$通道和在一般图中的$O( (\frac{1}ε)^{\frac{1}ε})$或$O(\text{poly} (\frac{1}ε) \cdot \log n)$通道中运行的$(1-ε)$ -近似流算法,其中$n$是输入图的顶点数。然而,证明这种算法的不可能性结果迄今为止是难以捉摸的,并且例如,甚至还没有排除具有近似因子$0.999$的$2$通过小空间流算法的存在。最大匹配的所有多通道流算法的关键构建块是贪婪匹配算法。我们的目标是了解这种方法的局限性:如果算法只依赖于贪婪算法的调用,需要多少遍?在本文中,我们开始研究的最大匹配的多通道流算法的限制家庭的下限。我们专注于简单而强大的类算法,在每一个通过运行贪婪的顶点诱导的输入图的子图。在二分图中,我们表明,$3$通过是必要的和充分的,以提高平凡的近似因子的$1/2$:我们给了一个下界的$0.6$的近似比这样的算法,这是最佳的。我们进一步表明,$Ω( \frac{1}ε)$通过计算$(1-ε)$ -近似,即使在二分图。最后,考虑类的算法是不适合一般的图形:我们表明,$Ω(n)$通过,以改善平凡的近似因子的$1/2$。
2020-10-01 cs.DS
Simultaenous Sieves: A Deterministic Streaming Algorithm for Non-Monotone Submodular Maximization
在这项工作中,我们提出了一个组合的,确定性的单通流算法的问题,最大化的子模函数,不一定单调,相对于基数约束(SMCC)。在函数是单调的情况下,我们的算法简化为Badanidiyuru et al.(2014)的最优流算法。一般来说,我们的算法实现比率$α/ (1 + α) - \varepsilon$,对于任何$\varepsilon > 0$,其中$α$是用于后处理的SMCC的离线(确定性)算法的比率。因此,如果指数计算时间是允许的,我们的算法确定性地达到接近最佳的$1/2$比。这些结果几乎与最近提出的随机流算法相匹配,该算法达到了预期的相同比率。对于一个确定性的,单通流算法,我们的算法实现了在多项式时间的最佳逼近因子从以前的文献$1/9$的$\approx 0.2689$的改进。
2020-11-02 cs.DS cs.LG
Better bounds for matchings in the streaming model
在本文中,我们提出了改进的边界近似最大匹配的二部图中的流模型。首先,我们考虑的问题,以及最大匹配可以近似在一个单一的通过输入使用$\tilde O(n)$空间,其中$n$是在输入图中的顶点数。在文献中已经考虑了这个问题的两个自然变体:(1)边到达设置,其中边到达流中,以及(2)顶点到达设置,其中图的一侧上的顶点与它们的所有入射边一起到达流中。后一种设置也在在线算法的上下文中得到了广泛的研究,其中每个到达的顶点必须在到达时被匹配或丢弃。在在线设置中,著名的Karp-Vazirani-Vazirani算法实现了$1-1/e$近似。尽管流模型的限制较少,因为算法不被约束为在到达时可匹配地匹配顶点,但是在具有顶点到达和$\tilde O(n)$空间的流模型中最公知的近似是$1-1/e$的相同因子。我们表明,没有一个单通流算法,使用$\tilde O(n)$空间可以实现一个更好的比$1-1/e$近似最大匹配,即使在顶点到达设置。这导致了一个惊人的结论,即没有一个单通道流算法可以做得比在线算法更好,除非它使用明显超过$\tilde O(n)$空间。此外,我们的边界产生最知名的不可能结果近似匹配的边缘到达模型。我们还给出了一个简单的算法,实现近似比$1-e^{-k}k^{k-1}/(k-1)!=1-\frac1{\sqrt{2πk}}+o(1/k)$在$k$通过顶点到达模型使用线性空间,改进以前…
2021-03-17 cs.DS