Dynamic Maintenance of Low-Stretch Probabilistic Tree Embeddings with Applications
我们给出了第一个非平凡的完全动态概率树嵌入算法的加权图进行边插入和删除。我们得到一个平衡之间的摊销更新时间和预期的拉伸对一个不经意的对手。在这种权衡的两个极端,我们可以维护具有更新时间$ m^{1/2 + o(1)} $的预期伸展$ O (\log^4 n) $的树或具有更新时间$ n^{o(1)} $的预期伸展$ n^{o(1)} $的树(对于$ n $中的边权重多项式)。到目前为止,后一种类型的保证仅用于维护具有平均(而不是预期)拉伸的树嵌入[Jehik/Zhang,SODA '20]。我们的主要结果有直接的影响,全动态近似距离预言机和全动态批量购买网络设计。对于动态距离预言机,我们的结果是第一个打破$ O (\sqrt{m}) $更新时障碍的结果。对于批量购买网络设计,这也是在静态设置严重依赖于概率树嵌入的问题,我们给出了第一个非平凡的动态算法。由于概率树嵌入是静态近似算法中的一个重要工具,我们的结果在动态近似算法中的进一步应用是可以想象的。从技术的角度来看,我们通过首先设计一个递减算法,通过Bartal的球生长方法[FOCS '96]的精心组合,与修剪框架的Rehik和张[SODA '20]的概率低直径分解,我们得到了我们的主要结果。然后,我们扩展到一个完全动态的算法,通过丰富一个众所周知的“递减到完全动态”减少一个新的自举的想法,递归地采用一个完全动态的算法,而不是一个静…
2020-04-23 cs.DS
Maximal $k$-Edge-Connected Subgraphs in Almost-Linear Time for Small $k$
本文提出了首个在任意常数 $k$ 下以几乎线性时间计算无向无权图极大 $k$-边连通子图的确定性算法,并扩展至减量图动态环境。
2023-06-30 cs.DS
Connectivity Oracles for Planar Graphs
本文研究平面图的动态子图连通性问题。在这个模型中,有一个固定的底层平面图,其中每个边和顶点要么是“关闭”(失败),要么是“打开”(恢复)。我们希望回答关于“on”子图的连通性查询。该模型有两个自然变体,一个是在所有连接查询之前存在$d$边/顶点故障,另一个是故障/恢复和查询混合在一起。我们提出了一个$d$ -故障连通性甲骨文平面图,处理任何$d$边/顶点故障在$sort(d,n)$时间,使连接查询可以回答在$pred(d,n)$时间。(Here $sort$和$pred$是在大小为$d$的$[n]$子集上进行整数排序和整数前导搜索的时间。)我们的算法有两个离散部分。第一个算法是针对三连通平面图的。它利用了巴内特定理,该定理指出每个三连通平面图都包含一个3度生成树。第二部分是从一般平面图到三连通平面图的一般约化。此外,我们的算法是可证明的最佳。Patrascu和Thorup关于前趋搜索的下限的含义是没有$d$ -故障连通性预言机(甚至在树上)可以击败$pred(d,n)$查询时间。我们将我们的算法扩展到子图连接模型,其中边/顶点故障(但没有恢复)与连接查询混合在一起。在三连通平面图中,每个故障和查询都在$O(\log n)$时间内处理(摊销),而在一般平面图中,两个边界都变成了$O(\log^2 n)$。
2012-04-23 cs.DS
Spanning Adjacency Oracles in Sublinear Time
该研究提出以邻接预言机(隐式邻接矩阵)形式输出稀疏生成子图,突破传统输出形式的时间下界,实现接近最优的亚线性构建,并推导出首个一般图稀疏生成子图的局部算法,解决了相关开放问题。
2023-12-19 cs.DS
Applications of Uniform Sampling: Densest Subgraph and Beyond
最近[Bhattacharya等人,STOC 2015]提供了流模型中具有添加和删除其边缘的denial子图问题的第一个非平凡算法,即,用于动态图形流。他们提出了一个$(0.5-ε)$ -近似算法使用$\tilde{O}(n)$空间,其中$ε$和$\log(n)$的因素被抑制在$\tilde{O}$符号。然而,该算法的更新时间较大。为了解决这个问题,他们还提供了一个$(0.25-ε)$ -近似算法,使用具有更新时间$\tilde{O}(1)$的$\tilde{O}(n)$空间。本文改进了Bhattacharya等人的算法,提出了一种利用$\tilde{O}(n)$空间的$(1-ε)$近似算法.我们的算法在概念上是简单的-它的样本$\tilde{O}(n)$边缘均匀随机,并发现采样图上的denatrium子图。我们还展示了如何使用更新时间$\tilde{O}(1)$执行此采样。除此之外,我们表明,Oracle访问的边缘集,我们可以实现我们的算法在时间$\tilde{O}(n)$在标准RAM模型的图形。据我们所知,这是最快的$(0.5-ε)$ -近似算法的内存模型中的denominated子图的问题,这样的oracle访问。此外,我们将我们的结果扩展到一般类的图优化问题,我们称之为重子图问题。这类图包含了许多有趣的问题,如可分解子图、有向可分解子图、可分解二部子图、$d$ -割和$d$…
2015-07-29 cs.DS
Faster Separators for Shallow Minor-Free Graphs via Dynamic Approximate Distance Oracles
Plotkin,Rao,and Smith(SODA'97)证明了任何具有$m$边和$n$顶点的图,如果不将$K_h$作为深度$O(\ell\log n)$ -minor,则具有大小为$O(n/\ell + \ell h^2\log n)$的分隔符,并且可以在$O(mn/\ell)$时间中找到这样的分隔符。随后给出了任何恒定$ε> 0$的$O(m + n^{2+ε}/\ell)$的时间界限(W.,FOCS'11),这是对非稀疏图的改进。我们给出了三个新的算法。第一个具有相同的分隔符大小和运行时间$O(\mbox{poly}(h)\ell m^{1+ε})$。这对于小型$h$和$\ell$是一个显著的改进。如果$\ell = Ω(n^{ε'})$对于任意小的常数$ε' > 0$,我们得到$O(\mbox{poly}(h)\ell n^{1+ε})$的时间界。第二种算法实现了相同的分隔符大小(对$h$的多项式依赖性稍大)和运行时间$O(\mbox{poly}(h)(\sqrt\ell n^{1+ε} + n^{2+ε}/\ell^{3/2}))$,当$\ell = Ω(n^{ε'})$。我们的第三个算法有运行时间$O(\mbox{poly}(h)\sqrt\ell n^{1+ε})$时,$\ell = Ω(n^{ε'})$。它找到一个大小为$O(n/\ell) + \tilde O(\…
2014-07-25 cs.DS
Separations between Oblivious and Adaptive Adversaries for Natural Dynamic Graph Problems
基于细粒度复杂度假设,我们首次在自然动态图问题中证明 oblivious 与 adaptive 对手间存在指数级更新时间分离,并附带三角形检测的增量与减量算法分离。
2025-10-23 cs.DS
The Cost of Changing Edges for Diameter Computation and More
University of Michigan(密歇根大学);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院)
该研究针对图的直径等问题的敏感性设置,解决了递减场景的近似问题并改进了已有结果,同时提出递增场景的下界与匹配下界的新近似算法。
2026-08-14 cs.DS
Unifying and Strengthening Hardness for Dynamic Problems via the Online Matrix-Vector Multiplication Conjecture
考虑下面的在线布尔矩阵-向量乘法问题:我们给出一个$n\times n$矩阵$M$,并将逐个接收大小为$n$的$n$列向量,用$v_1,\ldots,v_n$表示。在看到每个矢量$v_i$之后,我们必须输出乘积$Mv_i$,然后才能看到下一个矢量。一个简单的算法可以解决这个问题,使用$O(n^3)$时间的总和,其运行时间可以稍微改善到$O(n^3/\log^2 n)$ [威廉姆斯SODA'07]。我们表明,一个猜想,有没有真正的次立方($O(n^{3-ε})$)时间算法,这个问题可以用来表现出潜在的多项式时间硬度共享许多动态问题。对于一些问题,如子图连通性,Pagh问题,$d$ -失效连通性,递减单源最短路,递减传递闭包,这个猜想意味着紧硬度的结果.因此,证明或反驳这个猜想将是非常有趣的,因为它要么意味着几个严格的无条件下界,要么突破阻碍这些问题进展的共同障碍。这一猜想也可能被认为是对这些问题的任何进一步改进的有力证据,因为反驳它将意味着组合布尔矩阵乘法和其他长期存在的问题的重大突破,如果术语“组合算法”被解释为“非Strassen-like算法”[Ballard et al. SPAA'11]。该猜想还导致了以前基于不同问题和结构的问题的硬度结果,如3SUM,组合布尔矩阵乘法,三角形检测和多相,从而提供了一种统一的方法来证明动态算法的多项式硬度结果;一些新的证明也更简单,甚至变得…
2015-11-20 cs.DS
Dynamic Deterministic Constant-Approximate Distance Oracles with $n^ε$ Worst-Case Update Time
本研究提出一种全动态确定性常数近似距离预言机,通过动态化长度约束扩张子工具绕开Even-Shiloach树,实现$n^ε$最坏情况更新时间与$O_ε(\text{log}\text{log}n)$查询时间,显著推进动态图距离近似算法性能边界。
2024-04-10 cs.DS
Graph Reconstruction with a Connected Components Oracle
本文研究利用返回连通分量集合的预言机进行图重构,提出自适应随机算法,其查询复杂度依赖于图的边数、最大度、树宽或退化度,并证明相应的下界。
2025-09-12 cs.DS
Hyperedge Estimation using Polylogarithmic Subset Queries
在这项工作中,我们估计的超边数在超图${\cal H}(U({\cal H}), {\cal F}({\cal H}))$,其中$U({\cal H})$表示的顶点集和${\cal F}({\cal H}))$表示的超边集。我们假设一个查询oracle访问超图${\cal H}$。估计图中的边、三角形或小子图的数目是一个很好的研究问题。Beame \etal ~和Bhattacharya \etal ~分别给出了使用对{ \sc二分独立集}({ \sc BIS})和{ \sc三分独立集}({ \sc TIS})预言机的查询来估计图中边和三角形的数量的算法。我们推广了早期的作品,估计超边的数量,使用一个查询oracle,被称为{ \bf广义$d$ -partite独立集oracle({ \sc GPIS})},它需要$d$(非空)成对不相交的顶点子集$A_1,\ldots,A_d \subseteq U({\cal H})$作为输入,并回答是否存在一个超边在${\cal H}$有(正好)一个顶点,在每个$A_i, i \in \{1,2,\ldots,d\}$。我们给出了一个随机算法的超边缘估计问题,使用{ \sc GPIS}查询oracle输出$\widehat{m}$为$m({\cal H})$满足$(1-ε) \cdot m({\cal H}) \leq \widehat{m}…
2020-09-05 cs.DS
Additive Spanners and Distance Oracles in Quadratic Time
设$G$是一个无权无向图。$G$的加性$k$ -1是一个子图$H$,它近似节点对之间的所有距离,直到$+k$的加性误差,也就是说,它对所有节点$u,v$都满足$d_H(u,v) \le d_G(u,v)+k$,其中$d$是最短路径距离。我们给出了一个确定性的算法,构造一个加性的$O\!\left(1\right)$ -图与$O\!\left(n^{4/3}\right)$边在$O\!\left(n^2\right)$时间。这应与Woodruff [ICALP 2010]的随机蒙特卡罗算法进行比较,该算法在预期时间$O\!\left(n^2\log^2 n\right)$内给出了具有$O\!\left(n^{4/3}\log^3 n\right)$边缘的附加$6$ -斜率。用于$G$的$(α,β)$ -近似距离oracle是支持$G$中的节点对之间的以下距离查询的数据结构。给定两个节点$u$、$v$,它可以在恒定时间内计算满足$d \le \tilde{d} \le αd + β$的距离估计$\tilde{d}$,其中$d$是$G$中$u$和$v$之间的距离。Sommer [ICALP 2016]在预期时间$O\!\left(n^2\text{poly} \log n\right)$内给出了大小为$O\!\left(n^{5/3}\text{poly} \log n\right)$的…
2017-04-14 cs.DS
$2$-Fault-Tolerant Strong Connectivity Oracles
本文研究双顶点故障下的强连通性查询,提出基于分解树的数据结构,在常数树宽图、平面图和一般有向图上分别实现近线性、亚线性空间与查询时间,并通过实验验证其实际性能。
2023-12-02 cs.DS
Generic Single Edge Fault Tolerant Exact Distance Oracle
给定一个无向无权图$G$和$|S| = σ$源的源集$S$,我们想建立一个数据结构,它可以处理以下查询{ \sc Q} $(s,t,e):$找到从$s$到$t$的最短距离,避免边$e$,其中$s \in S$和$t \in V$ .当$σ=n$,Demetrescu,Thorup,Chowdhury和Ramachandran(SIAM Journal of Computing,2008)设计了一个具有$\tilde O(n^2)$空间的算法时($\tilde O(\cdot)$隐藏了polyPDMATHABMZ因子)。$O(1)$查询时间。一个自然的开放问题是将这个结果推广到任何数量的源。最近,Bil et.等人(STACS 2018)针对上述问题设计了一个大小为$\tilde O(σ^{1/2}n^{3/2})$的数据结构,查询时间为$O(\sqrt{nσ})$。我们通过设计一个大小为$\tilde O(σ^{1/2} n^{3/2})$的数据结构来改进他们的结果,该数据结构可以在$\tilde O(1)$时间内回答查询。在寻找容错子图的相关问题中,Parter和Peleg(ESA 2013)表明,如果在顶点$t$处结束的{ \em replacement}路径的迂回是不相交的,则这样的路径的数量是$O(\sqrt{nσ})$。这最终给出了问题的$O( n \sqrt{n σ})…
2018-05-01 cs.DS
A sufficient condition for characterizing the one-sided testable properties of families of graphs in the Random Neighbour Oracle Model
本文提出了一种图族H-可测试性的充分条件,并给出了多个图族的新刻画。
2025-11-24 cs.DS
Multiple-Edge-Fault-Tolerant Approximate Shortest-Path Trees
设$G$是一个$n$ -结点和$m$ -边的正实权无向图.对于任意给定的整数$f \ge 1$,我们研究了稀疏\emph{f-edge-fault-tolerant}的设计问题($f$ -EFT)$σ$ { \em -近似单源最短路径树}($σ$-ASPT),即具有尽可能少的边的$G$的子图,并且在$G$中至多$f$边的集合$F$失败之后,包含来自固定源的路径,这些路径最多拉伸$σ$的因子。在这方面,我们提供了一种算法,有效地计算$f$-EFT $(2|F|+1)$-ASPT的大小$O(f n)$ .我们的结构改进了以前的相关建设设计的\emph{unweighted}图,具有相同的大小,但保证更大的拉伸因子的$3(f+1)$,加上一个附加条款的$(f+1) \log n$。然后,我们展示了如何将我们的结构转换成一个有效的$f$ -EFT \emph{single-source distance oracle}(SSDO),它可以在$\widetilde{O}(f m)$时间内构建,具有大小$O(fn \log^2 n)$,并且能够在边缘集$F$失败后,在$O(|F|^2 \log^2 n)$时间内报告$(2|F|+1)$ -从源到任何节点的近似距离,以及在相同的时间内加上路径的大小的相应近似路径。通过处理另一个基本问题,即在$k$的\emph{batch}同时边修改之后更新$G$…
2016-01-21 cs.DS
Augmenting the Algebraic Connectivity of Graphs
对于任何无向图$G=(V,E)$和具有$E\cap E_W=\emptyset$的候选边的集合$E_W$,$(k,γ)$ -谱可扩充性问题是从$E_W$中找到具有适当权重的$k$边的集合$F$,使得所得图$H=(V,E\cup F)$的代数连通度最小$γ$。由于代数连通性和许多其他图参数之间的紧密联系,包括图的电导和图中随机游动的混合时间,通过添加少量边来最大化所得到的图的代数连通性已经在过去的15年中进行了研究。在这项工作中,我们提出了一个近似的和有效的算法的$(k,γ)$ -谱扩充问题,我们的算法运行在几乎线性的时间下的一个广泛的制度的参数。我们的主要算法是基于以下两个新的技术开发的文件,这可能有应用程序以外的$(k,γ)$ -频谱扩充问题。(1)我们提出了一个快速算法,用于解决[GB 06]中代数连通性最大化问题的SDP的可行性版本。我们的算法是基于经典的原始-对偶框架求解SDP,这反过来又使用乘法的权重更新算法。提出了一种统一不同矩阵和向量变量的SDP约束的新方法,并给出了相应的分离预言。(2)我们提出了一个有效的子图稀疏化问题的算法,并为广泛的参数,我们的算法运行在几乎线性的时间,在以前最好的已知算法运行在至少$Ω(n^2mk)$时间[KMST 10]。我们的分析表明,如何随机BSS框架可以推广的子图稀疏化的设置,以及如何潜在的功能,可以应用到近似跟踪不同的子空间。
2020-06-25 cs.DS
Connectivity Oracles for Predictable Vertex Failures
Max Planck Institute of Informatics(马克斯·普朗克信息学研究所);University of Ioannina(约阿尼纳大学);UC San Diego(加州大学圣迭戈分校);ISTA(ISTA(奥地利科学技术研究所));Bocconi University(博科尼大学)
在带预测的算法范式下,设计支持顶点故障的连通性预言机数据结构,利用预测与实际故障的对称差实现O(η)查询时间,并证明其条件最优。
2024-09-20 cs.DS cs.LG
Near-linear time samplers for matroid independent sets with applications
本文提出拟阵独立集的 $\widetilde{O}(n)$ 近似均匀采样器,用于近线性时间采样连通生成子图、改进网络可靠性估计,并推广至 $q\le 1$ 的随机簇模型。
2023-09-27 cs.DS math.PR
Conditional Hardness for Sensitivity Problems
近年来,在灵敏度设置中研究动态问题变得流行:灵敏度模型不允许任意更新序列,而只允许对原始输入数据应用小规模的批量更新。敏感性模型是特别有吸引力的,因为最近的强条件下界排除了许多动态问题的快速算法,如最短路径,可达性,或子图连通性。本文证明了灵敏度问题的条件下界。例如,我们证明了在布尔矩阵乘法(BMM)猜想下,组合算法不能计算具有真正次三次预处理时间和真正次二次更新/查询时间的无向无权稠密图的(4/3 - ε)-近似直径。该结果是令人惊讶的,因为在静态设置中,不清楚是否可能从BMM减小到直径。我们进一步表明,根据BMM猜想,许多问题,如可达性或近似最短路径,不能解决的速度比从头开始重新计算,即使只有一个或两个边缘插入。在强指数时间假设和所有对最短路猜想下,给出了更多的下界。我们的许多下限也适用于不需要敏感性的静态Oracle数据结构。最后,我们给出了单边失效情况下有向或无向无权图的(1 + ε)-近似半径、直径和偏心率问题的第一个算法。该算法有一个真正的次三次运行时间的图形与一个真正的次二次数的边缘,它是紧w.r.t.我们得到的条件下界。
2017-03-05 cs.DS
Minimum $s$--$t$ Cuts with Fewer Cut Queries
本文研究切割查询模型下的无权无向图最小 $s$–$t$ 割,提出纯组合的递归贪心随机算法,将查询复杂度降至 $\widetilde{O}(n^{8/5})$,并得到 $\widetilde{O}(n^{11/7})$ 比特确定性通信协议。
2025-10-21 cs.DS