We consider the distributed and parallel construction of low-diameter decompositions with strong diameter for (weighted) graphs and (weighted) graphs that can be separated through $k \in \tilde{O}(1)$ shortest paths. This class of graphs includes planar graphs, graphs of bounded treewidth, and graphs that exclude a fixed minor $K_r$. We present algorithms in the PRAM, CONGEST, and the novel HYBRID communication model that are competitive in all relevant parameters. Given $\mathcal{D} > 0$, our low-diameter decomposition algorithm divides the graph into connected clusters of strong diameter $\mathcal{D}$. For a arbitrary graph, an edge $e \in E$ of length $\ell_e$ is cut between two clusters with probability $O(\frac{\ell_e\cdot\log(n)}{\mathcal{D} })$. If the graph can be separated by $k \in \tilde{O}(1)$ paths, the probability improves to $O(\frac{\ell_e\cdot\log \log n}{\mathcal{D} })$. In either case, the decompositions can be computed in $\tilde{O}(1)$ depth and $\tilde{O}(kn)$ work in the PRAM and $\tilde{O}(1)$ time in the HYBRID model. In CONGEST, the runtimes are $\tilde{O}(HD + \sqrt{n})$ and $\tilde{O}(HD)$ respectively. All these results hold w.h.p. Broadly speaking, we present distributed and parallel implementations of sequential divide-and-conquer algorithms where we replace exact shortest paths with approximate shortest paths. In contrast to exact paths, these can be efficiently computed in the distributed and parallel setting [STOC '22]. Further, and perhaps more importantly, we show that instead of explicitly computing vertex-separators to enable efficient parallelization of these algorithms, it suffices to sample a few random paths of bounded length and the nodes close to them. Thereby, we do not require complex embeddings whose implementation is unknown in the distributed and parallel setting.


翻译:本文研究了在分布式与并行计算模型中,为(加权)图以及可通过$k \in \tilde{O}(1)$条最短路径分离的(加权)图构建具有强直径的低直径分解。此类图包括平面图、有界树宽图以及排除固定小图$K_r$的图。我们在PRAM、CONGEST及新型HYBRID通信模型中提出了算法,这些算法在所有相关参数上均具有竞争力。给定$\mathcal{D} > 0$,我们的低直径分解算法将图划分为强直径为$\mathcal{D}$的连通簇。对于任意图,长度为$\ell_e$的边$e \in E$被划分到不同簇的概率为$O(\frac{\ell_e\cdot\log(n)}{\mathcal{D} })$。若图可通过$k \in \tilde{O}(1)$条路径分离,该概率改进为$O(\frac{\ell_e\cdot\log \log n}{\mathcal{D} })$。在两种情况下,分解均可在PRAM模型中以$\tilde{O}(1)$深度与$\tilde{O}(kn)$工作量,以及在HYBRID模型中以$\tilde{O}(1)$时间完成计算。在CONGEST模型中,运行时间分别为$\tilde{O}(HD + \sqrt{n})$与$\tilde{O}(HD)$。所有结果均以高概率成立。概括而言,我们实现了顺序分治算法的分布式与并行版本,其中将精确最短路径替换为近似最短路径。与精确路径相比,后者可在分布式与并行环境中高效计算[STOC '22]。更重要的是,我们证明无需显式计算顶点分割器来实现这些算法的并行化,只需采样若干条有界长度的随机路径及其邻近节点即可。因此,我们避免了需要复杂嵌入的方法——这类嵌入在分布式与并行环境中的实现尚不明确。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
10+阅读 · 2021年11月3日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员