Approximation Algorithms for Network Design in Non-Uniform Fault Models
研究非均匀故障模型下的网络设计近似算法,在灵活图连接等模型中,通过增强框架和割族分解,获得了常数因子及多对数近似算法。
2024-03-22 cs.DS
Almost-Tight Bounds on Preserving Cuts in Classes of Submodular Hypergraphs
本文通过在不同超图稀疏化变体之间建立归约,并利用简单超图类模拟复杂超图类的割,给出了保持割的空间复杂度的几乎紧上界和下界。
2024-02-20 cs.DS
Approximability of Capacitated Network Design
在{ \em capacitated}抗毁网络设计问题(Cap-SNDP)中,我们给出了一个无向多重图,其中每条边都有一个容量和一个代价.我们的目标是找到一个最小的成本子集的边缘,满足一组给定的成对最小切割的要求。不像它的经典特殊情况SNDP时,所有的能力是单位,Cap-SNDP的可近似性还没有得到很好的理解,即使在非常有限的设置没有已知的算法实现了$o(m)$近似,其中$m$是在图中的边缘的数量。在本文中,我们得到了几个新的结果和见解Cap-SNDP的逼近。
2010-09-29 cs.DM cs.DS
Nearly Tight Bounds For Differentially Private Min $s$-$t$ and Multiway Cut
本文研究最小s-t割与多路k割问题的差分隐私,提出近乎紧的上下界及高效隐私算法,隐私损失指数级降低,且实验显示近似质量接近非私有算法。
2023-12-27 cs.DS
Brief Announcement: Almost-Tight Approximation Distributed Algorithm for Minimum Cut
在这篇简短的论文中,我们提出了一种改进的分布式(CONGEST)网络最小割近似算法。设$λ$为最小割集。我们的算法可以在$\tilde{O}((\sqrt{n}+D)\poly(λ))$时间内精确地计算$λ$,其中$n$是网络中的节点(处理器)数量,$D$是网络直径,$\tilde{O}$隐藏了$\poly\log n$。通过标准约简,我们可以将该算法转化为一个$(1+ε)$ -近似$\tilde{O}((\sqrt{n}+D)/\poly(ε))$ -时间算法.后一结果优于Ghaffari和Kuhn的先前$(2+ε)$近似$\tilde{O}((\sqrt{n}+D)/\poly(ε))$时间算法[DISC 2013]。由于Das Sarma等人[SICOMP 2013]给出了$\tildeΩ(\sqrt{n}+D)$的下限,因此该运行时间{ \em tight}高达$\poly\log n$因子。我们的算法是Thorup的树填充定理[Combinatorica 2007]、Kutten和Peleg的树划分算法[J. Algorithms 1998]和Karger的动态规划[JACM 2000]的极其简单的组合。
2014-05-15 cs.DS
Tight Lower Bounds for Directed Cut Sparsification and Distributed Min-Cut
本文针对有向平衡图割近似与局部查询模型下全局最小割近似两个问题,证明了更紧的最优下界,解决了此前的开放问题,并验证了改进后上界与下界的匹配性。
2024-06-19 cs.DS
Vertex Sparsification for Edge Connectivity
图的压缩或稀疏化是一个基本的信息论和计算问题。在这个研究领域的一个主要的开放问题是是否存在$(1+ε)$近似切割保持顶点稀疏的大小接近终端的数量。作为实现这一目标的一步,我们研究了一个阈值版本的问题:对于一个给定的参数$c$,找到一个更小的图,我们称之为连接- $c$模仿网络,它保留$k$终端之间的连接正好达到$c$的值。我们发现,连接$c$模仿网络与$O(kc^4)$边缘存在,并可以在时间$m(c\log n)^{O(c)}$。我们还给出了一个单独的算法,构造这样的图与$k \cdot O(c)^{2c}$边的时间$mc^{O(c)}\log^{O(1)}n$。这些结果导致第一个数据结构,用于回答全动态离线$c$ -边连接查询$c \ge 4$在多对数时间每个查询,以及更有效的算法生存网络设计有界树宽图。
2020-07-15 cs.DS
Towards Tight Bounds for Spectral Sparsification of Hypergraphs
图的切割和谱稀疏化有许多应用,包括例如加速切割算法和拉普拉斯求解器。这些强大的概念最近被扩展到超图,这是更丰富,并可能提供新的应用。然而,目前超图稀疏器的大小界限并不像图的相应界限那样严格。我们的第一个结果是一个多项式时间算法,给定一个超图的$n$顶点的最大超边大小$r$,输出一个$ε$ -频谱稀疏与$O^*(nr)$超边,其中$O^*$抑制$(ε^{-1} \log n)^{O(1)}$因素。该大小界限改进了先前的两个界限:$O^*(n^3)$ [Soma和Yoshida,SODA'19]和$O^*(nr^3)$ [Bansal,Svensson和Trevisan,FOCS'19]。我们的主要技术工具是一个新的方法证明浓度的非线性模拟的二次形式的拉普拉斯超图扩展。我们补充这一点上的任何压缩方案,$(1+ε)$ -近似在一个给定的超图中的所有削减的位复杂性的下限,因此也对每个$ε$ -削减/频谱稀疏的位复杂性。这些下界基于Ruzsa-Szemerédi图,并且特定的实例化即使对于固定常数$ε$也会产生比特复杂度的$Ω(nr)$下界。这是紧到多对数因子在$n$,由于最近超图削减稀疏的[陈,Khanna和Nagda,FOCS'20]。最后,对于有向超图,我们提出了一个算法,计算一个$ε$ -谱稀疏与$O^*(n^2r^3)$超弧,其中$r$是一个超弧的最大尺寸。对于小$r$,这比从[S…
2021-04-12 cs.DS
Tight Bounds for Gomory-Hu-like Cut Counting
根据Gomory和Hu(1961)的一个经典结果,在每一个边权图$G=(V,E,w)$中,当在所有$s,t\in V$上取值时,最小$st$ -割值至多取$|V|-1$不同值.也就是说,这些$\binom{|V|}{2}$实例表现出冗余因子$Ω(|V|)$。他们进一步展示了如何从$G$构建一棵树$(V,E',w')$,该树存储所有最小$st$切割值。受此结果的启发,我们得到了紧界的冗余因子的最小$st$切割问题的几个推广。1.分组切割:考虑最小$(A,B)$切割,范围覆盖给定大小$|A|=α$和$|B|=β$的所有子集$A,B\subseteq V$。冗余系数为$Ω_{α,β}(|V|)$。2.多路切割:考虑将$S\subseteq V$的每两个顶点分开的最小切割,范围在给定大小$|S|=k$的所有子集上。冗余因子为$Ω_{k}(|V|)$。3. Multicut:考虑分隔$D\subseteq V\times V$中的每个需求对的最小割,范围覆盖$|D|=k$需求对的集合。冗余因子为$Ω_{k}(|V|^k)$。这个结果有点令人惊讶,因为冗余因子比前两个问题大得多。这些边界的一个自然应用是构造存储所有相关切割值的小型数据结构,如Gomory-Hu树。我们通过给出一些上界和下界来启动这个方向。
2017-12-05 cs.DS math.CO
Tight Approximation Ratio of a General Greedy Splitting Algorithm for the Minimum k-Way Cut Problem
对于边加权连通无向图,最小$k$ -路割问题是找到具有最小总权的边的子集,去除该子集将图分离成$k$连通分量。当$k$是输入的一部分时,问题是NP难的,当$k$作为参数时,问题是W[1]难的。近似最小$k$ -路割的简单算法是迭代地将图的分量数目增加$h-1$,其中$2 \le h \le k$,直到图具有$k$分量。该算法的近似比对于$h \le 3$是已知的,但对于$h \ge 4$是开放的。在本文中,我们考虑了一个通用的算法,迭代增加的$h_i-1$图的组件的数量,其中$h_1 \le h_2 \le ... \le h_q$和$\sum_{i=1}^q (h_i-1) = k-1$。我们证明了这个一般算法的逼近比是$2 - (\sum_{i=1}^q {h_i \choose 2})/{k \choose 2}$,它是紧的。我们的结果意味着简单算法的近似比一般是$2-h/k + O(h^2/k^2)$,如果$k-1$是$h-1$的倍数,则是$2-h/k$。
2008-11-23 cs.DM cs.DS
Almost-Tight Distributed Minimum Cut Algorithms
研究了加权分布式消息传递网络(CONGEST模型)中最小割的计算问题。令$λ$为最小割,$n$为网络中的节点数,$D$为网络直径。我们的算法可以在$O((\sqrt{n} \log^{*} n+D)λ^4 \log^2 n)$时间内精确计算$λ$。据我们所知,这是第一篇论文,明确研究计算精确的最小切割的分布式设置。以前,这个问题的非平凡次线性时间算法是已知的,只有当$λ\leq 3$由于Pritchard和Thurimella的$O(D)$ -时间和$O(D+n^{1/2}\log^* n)$ -时间算法计算$2$ -边连接和$3$ -边连接组件的未加权图。利用Karger的边缘采样技术,我们可以将该算法转化为对任何$ε>0$的$(1+ε)$ -近似$O((\sqrt{n}\log^{*} n+D)ε^{-5}\log^3 n)$ -时间算法.这改进了Ghaffari和Kuhn先前的$(2+ε)$ -近似$O((\sqrt{n}\log^{*} n+D)ε^{-5}\log^2 n\log\log n)$ -时间算法和$O(ε^{-1})$ -近似$O(D+n^{\frac{1}{2}+ε} \mathrm{poly}\log n)$ -时间算法。由于Das Sarma等人给出的$Ω(D+n^{1/2}/\log n)$的下限适用于任何近似算法,因此该运行时间紧到$ \mathrm…
2014-08-04 cs.DC cs.DS
Odd Multiway Cut in Directed Acyclic Graphs
我们研究奇多路节点(边)切割问题,其中输入是一个图与指定的终端节点的集合,目标是找到一个最小的子集的非终端节点(边)删除,使终端节点之间没有一个奇数长度的路径。在早期的工作中,Lokshtanov和Ramanujan证明了奇数多路节点割和奇数多路边割在无向图中由解的大小参数化时都是固定参数易处理的(FPT)。在这项工作中,我们专注于有向无环图(DAG)和设计一个固定参数的算法。我们的主要贡献是扩大了阴影消除框架,以解决奇偶校验问题的DAG。我们补充我们的FPT结果与紧密的逼近性,以及多面体的结果为2终端的DAG。此外,我们还证明了无向图中奇多路边割的不可逼近性结果,即使是2个终端。
2018-04-06 cs.DS
A Tight Max-Flow Min-Cut Duality Theorem for Non-Linear Multicommodity Flows
本文研究非线性多商品最大流,通过割的共同容量建立紧最大流最小割对偶,并给出增广环搜索及比率问题的 ε-近似高效算法。
2024-03-02 cs.DS math.AT
Tight Approximation Bounds on a Simple Algorithm for Minimum Average Search Time in Trees
本文证明递归选择最平衡边的简单平衡割算法在树上对EPT-sum的近似比从1.62改进为1.5,给出紧分析并回答了Cicalese等人2014年提出的问题。
2024-07-03 cs.DS
Almost Tight Lower Bounds for Hard Cutting Problems in Embedded Graphs
我们证明本质上紧的下界,有条件的指数时间假设,两个基本的,但似乎非常不同的切割问题的表面嵌入图:最短的切割图问题和多路切割问题。图$G$嵌入在表面$S$上的割图是$G$的子图,其从$S$移除留下圆盘。研究了嵌入亏格$g$曲面上的无权图是否有长度至多为给定值的割图的问题。证明了$n^{Ω(g/\log g)}$问题在ETH条件下的时间下界。换句话说,Erickson和Har-Peled的第一个$n^{O(g)}$时间算法[SoCG 2002,Discr.\计算。\ Geom.\ #20004;是最佳的。我们还证明了问题是W[1]-困难时,参数的亏格,回答了17岁的问题,这些作者。一个无向图$G$的多路割图,它有$t$可区分的顶点(称为终端),是一组边,去除这些边会断开所有终端对。本文研究了一个无权图$G$的权值至多为给定值的多路割问题。我们证明了这个问题的$n^{Ω(\sqrt{gt + g^2+t}/\log(g+t))}$的时间下界,有条件的ETH,为任何选择的属$g\ge0$的图和终端数$t\ge4$。换句话说,第二作者的算法[Mimica 2017](对于更一般的多割问题)本质上是最优的;这扩展了第三作者[ICALP 2012]的下限(对于平面情况)。平面问题的简化通常涉及网格状结构。我们的结果的主要新颖的想法是了解什么结构,而不是网格是必要的,如果我们要利用最佳的某个值$g…
2021-02-17 cs.CC cs.CG cs.DS
Dual Half-integrality for Uncrossable Cut Cover and its Application to Maximum Half-Integral Flow
给定一个边权图和一个森林$F$,$\textit{2-edge connectivity augmentation problem}$的任务是选取一个最小权边集$E'$,使得$E'\cup F$的每个连通分支都是2-边连通的. Williamson等人利用原始-对偶模式给出了该问题的2-近似算法(WGMV)。我们表明,当边缘权重是积分,WGMV程序可以修改,以获得一个半积分对偶。2-边连通性扩充问题与图中的路由流有一个有趣的联系,其中供应和需求的联合是平面的。对偶的半整性导致一个紧的2-近似最大半积分流最小多割定理。
2020-07-28 cs.DS
An Exponent-Tight Conditional Lower Bound for Global Label Min-Cut
School of Mathematics and Statistics, Xi’an Jiaotong University(西安交通大学数学与统计学院);Department of Computer Science, Columbia University(哥伦比亚大学计算机科学系)
通过确定性归约,将无向边标记图中全局标签最小割问题的条件运行时间下界从 (np)^{o(log n/(log log n)^2)} 改进到 (np)^{o(log n/log log n)}。
2026-08-03 cs.DS math.CO
A tight quasi-polynomial bound for Global Label Min-Cut
University of Warsaw(华沙大学);University of Bergen(卑尔根大学);IT University of Copenhagen(哥本哈根信息技术大学);Fluminense Federal University(弗鲁米嫩塞联邦大学)
研究证明全局标签最小割问题的准多项式时间复杂度可能最优,其下界与指数时间假设相矛盾。
2022-07-15 cs.CC cs.DS
Robust capacitated trees and networks with uniform demands
我们感兴趣的鲁棒(或弹性)容量限制根Steiner网络的终端的情况下,统一的需求的设计。形式上,我们给出了一个图,容量和费用函数的边缘,根,一个子集的节点称为终端,和边界k的边缘故障的数量。我们首先研究的问题,其中k = 1和网络,我们要设计的必须是一棵树,覆盖的根和终端:我们给出了复杂性的结果,并提出模型,以优化树的成本和终端的数量从根断开的最坏情况下的边缘故障,同时尊重边缘的容量约束。其次,我们考虑计算最小成本可生存网络的问题,即,即使在去除任何k个边缘之后,也覆盖根和终端的网络,同时仍然遵守边缘上的容量约束。我们还考虑了保护给定数量的边缘的可能性。我们提出了三种不同的配方:一个割集为基础的配方,一个流为基础的,和一个双层(与攻击者和防御者)。我们提出了算法来解决每个配方,并比较它们的效率。
2018-01-15 cs.DS math.OC
Almost Tight Approximation Hardness for Single-Source Directed k-Edge-Connectivity
本文研究k连通有向Steiner树问题(k-DST)的近似难度,在不同假设与图结构下得到多个紧的不可近似比结果,解决了该领域多个长期存在的公开问题。
2024-08-19 cs.CC cs.DS math.OC
Multiway Cut, Pairwise Realizable Distributions, and Descending Thresholds
我们为多路切割问题设计了新的近似算法,改进了先前已知的因子1.32388 [Buchbinder等人,2013年]。我们分三步进行。首先,我们分析了Buchbinder等人的舍入方案,2013年,并设计了一种改进,将近似值提高到(3+sqrt(5))/4(约为1.309017)。我们还提出了一个严格的例子,表明这是最好的近似可以实现与类型的削减考虑布赫宾德等人,2013年:(1)按指数时钟划分,(2)具有相等阈值的单坐标切割。然后,我们证明了这个因素可以通过引入一个新的舍入方案:(3)单坐标削减与下降的阈值。通过结合这三个方案,我们设计了一个算法,实现了(10 + 4 sqrt(3))/13(约1.30217)的一个因素。这是我们能够手动验证的最佳近似因子。最后,我们表明,通过将这三个舍入方案与Karger等人的独立阈值方案相结合,2004年,近似因子可以进一步提高到1.2965。该近似因子仅经计算机验证。
2014-05-12 cs.DS
Tight bounds for counting colorings and connected edge sets parameterized by cutwidth
本文以图的割宽和树宽为参数,利用矩阵秩方法研究着色与连通生成边集计数的细粒度复杂度,在SETH下证明了模素数计数的紧致时间上下界。
2023-07-31 cs.CC cs.DS
Improved kernels for Signed Max Cut parameterized above lower bound on (r,l)-graphs
本文针对带符号最大割问题在(r,l)-图上给出O(k^2)顶点的核,并在分割图子类上给出线性核,同时证明问题在这些子类上仍为NP难。
2017-05-22 cs.DS
When the Cut Condition is Enough: A Complete Characterization for Multiflow Problems in Series-Parallel Networks
设$G=(V,E)$是定义在同一组顶点上的供应图,而$H=(V,F)$是定义在同一组顶点上的需求图。如果对于图中的任何切割,穿过切割的总需求不大于穿过切割的总容量,则将容量分配到$G$的边缘并且将需求分配到$H$的边缘,则称为满足$(G,H)$。如果对于满足切割条件的容量和需求的任何分配,在具有在$G$上定义的容量的网络内,存在在$H$上定义的需求的多流路由。我们证明了一个猜想,即当供给图$G$是串并联的时,$(G,H)$是割充分的当且仅当$(G,H)$不包含一个\emph{odd spindle}作为子图;也就是说,如果不可能收缩$G$的边并删除$G$和$H$的边,使得$G$成为完全二部图$K_{2,p}$,其中$p\geq 3$为奇数,并且$H$由连接次数为2的$p$顶点的环和连接次数为$p$的两个顶点的边组成。我们进一步证明,如果实例是\emph{Eulerian} -也就是说,需求和能力是整数和总的需求和能力事件的每个顶点是偶数-那么多流问题有一个完整的解决方案。在这种情况下,我们提供了一个多项式时间算法来找到积分解。为了证明这些结果,我们制定的性质,紧割(割条件不等式是紧的)在切充分对。我们相信这些性质可能是有用的,在扩展我们的结果,平面图。
2012-03-19 cs.DM cs.DS
Flow-Cut Gaps and Face Covers in Planar Graphs
稀疏割与图的最大并发多流之间的关系已被广泛研究。对于具有$k$终端对的一般图,流切间隙为$O(\log k)$,这是紧的。但是,当对流动网络施加拓扑限制时,情况就不那么清楚了。特别地,已经证实平面网络中的流切间隙是$O(1)$,而已知的边界将间隙置于$2$(Lee和Raghavendra,2003)和$O(\sqrt{\log k})$(Rao,1999)之间的某处。Okamura和Seymour(1981)的一个开创性结果表明,当平面网络的所有终端都位于一个面上时,流切间隙正好是$1$。通过考虑端子位于某些固定平面图形中的$γ>1$面上的平面网络,可以概括此设置。Lee和Sidiropoulos(2009)证明了流切间隙由$γ$的函数限定,Chekuri、Shepherd和Weibel(2013)表明间隙至多为$3γ$。我们证明了流切间隙是$O(\logγ)$,通过显示的边缘加权最短路径度量上的终端诱导承认随机嵌入到树失真$O(\logγ)$,这是紧的。前面的结果涉及边容量限制网络的设置。对于顶点容量受限的网络,控制流切间隙可能更具挑战性。虽然Okamura-Seymour定理没有精确的顶点容量版本,但近似版本成立; Lee,Mendel和Moharrami(2015)表明,顶点容量限制的流切间隙是终端位于单个面上的平面网络上的$O(1)$。我们证明了流切间隙是$O(γ)$的顶点…
2018-11-06 cs.DS math.MG
Quantum algorithms for graph problems with cut queries
设$G$是一个有$m$边的$n$ -顶点图.当询问顶点的子集$S$时,对$G$的切割查询返回在$S$中恰好有一个端点的$G$的边的数目。我们表明,有一个有界错误的量子算法,确定所有连接组件的$G$后,$O(\log(n)^6)$许多削减查询。与此相反,它遵循从结果的通信复杂性,任何随机化算法,即使只是决定图是否连接或不必须至少$Ω(n/\log(n))$许多切割查询。我们进一步表明,与$O(\log(n)^8)$许多切割查询的量子算法可以以高概率输出生成森林的$G$。在证明这些结果的过程中,我们设计了量子算法,用于使用切割查询来学习图。我们表明,量子算法可以学习一个最大程度的图$d$后$O(d \log(n)^2)$许多切割查询,并可以学习一个一般的图与$O(\sqrt{m} \log(n)^{3/2})$许多切割查询。这两个上界是紧到多对数因子,并比较$Ω(dn)$和$Ω(m/\log(n))$的切割查询的随机算法所需的数量上的下界相同的问题,分别。我们的结果中的关键成分是Bernstein-Vazirani算法,近似计数与“或查询”,并学习稀疏向量的内积在压缩感知。
2020-08-04 cs.DS quant-ph
Parameterized Critical Node Cut Revisited
Czech Technical University in Prague(布拉格捷克理工大学);Charles University, Prague(布拉格查理大学);Université Paris-Dauphine, PSL University(巴黎第九大学,PSL大学)
本文研究了关键节点割问题,证明了其在不同参数下的复杂性,并提出了新的算法和近似方案。
2026-02-16 cs.CC cs.DS