In the LOCAL model, low-diameter decomposition is a useful tool in designing algorithms, as it allows us to shift from the general graph setting to the low-diameter graph setting, where brute-force information gathering can be done efficiently. Recently, Chang and Su [PODC 2022] showed that any high-conductance network excluding a fixed minor contains a high-degree vertex, so the entire graph topology can be gathered to one vertex efficiently in the CONGEST model using expander routing. Therefore, in networks excluding a fixed minor, many problems that can be solved efficiently in LOCAL via low-diameter decomposition can also be solved efficiently in CONGEST via expander decomposition. In this work, we show improved decomposition and routing algorithms for networks excluding a fixed minor in the CONGEST model. Our algorithms cost $\text{poly}(\log n, 1/\epsilon)$ rounds deterministically. For bounded-degree graphs, our algorithms finish in $O(\epsilon^{-1}\log n) + \epsilon^{-O(1)}$ rounds. Our algorithms have a wide range of applications, including the following results in CONGEST. 1. A $(1-\epsilon)$-approximate maximum independent set in a network excluding a fixed minor can be computed deterministically in $O(\epsilon^{-1}\log^\ast n) + \epsilon^{-O(1)}$ rounds, nearly matching the $\Omega(\epsilon^{-1}\log^\ast n)$ lower bound of Lenzen and Wattenhofer [DISC 2008]. 2. Property testing of any additive minor-closed property can be done deterministically in $O(\log n)$ rounds if $\epsilon$ is a constant or $O(\epsilon^{-1}\log n) + \epsilon^{-O(1)}$ rounds if the maximum degree $\Delta$ is a constant, nearly matching the $\Omega(\epsilon^{-1}\log n)$ lower bound of Levi, Medina, and Ron [PODC 2018].


翻译:在LOCAL模型中,低直径分解是设计算法时的重要工具,因为它使我们能够从一般图场景转换到低直径图场景,在此场景下可以高效进行暴力信息收集。近期,Chang与Su [PODC 2022] 证明,不含固定子图的任意高电导网络必存在高度数顶点,因此通过扩展器路由可在CONGEST模型中将整个图拓扑高效收集至单个顶点。由此,在不含固定子图的网络中,许多原需通过低直径分解在LOCAL模型中高效解决的问题,现也可通过扩展器分解在CONGEST模型中得到高效解决。本研究针对CONGEST模型中不含固定子图的网络,提出了改进的分解与路由算法。算法代价确定性为 $\text{poly}(\log n, 1/\epsilon)$ 轮。对于有界度图,算法可在 $O(\epsilon^{-1}\log n) + \epsilon^{-O(1)}$ 轮内完成。本算法具有广泛的应用,包括以下CONGEST模型中的成果:1. 在不含固定子图的网络中,可通过确定性算法在 $O(\epsilon^{-1}\log^\ast n) + \epsilon^{-O(1)}$ 轮内计算 $(1-\epsilon)$ 近似最大独立集,接近Lenzen与Wattenhofer [DISC 2008] 提出的 $\Omega(\epsilon^{-1}\log^\ast n)$ 下界;2. 对于任意加法型子图闭合性质的属性测试,在 $\epsilon$ 为常数时可通过确定性算法在 $O(\log n)$ 轮内完成;若最大度 $\Delta$ 为常数,则需 $O(\epsilon^{-1}\log n) + \epsilon^{-O(1)}$ 轮,接近Levi、Medina与Ron [PODC 2018] 提出的 $\Omega(\epsilon^{-1}\log n)$ 下界。

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