In this paper, we show that the constant-dimensional Weisfeiler-Leman algorithm for groups (Brachter & Schweitzer, LICS 2020) can be fruitfully used to improve parallel complexity upper bounds on isomorphism testing for several families of groups. In particular, we show: - Groups with an Abelian normal Hall subgroup whose complement is $O(1)$-generated are identified by constant-dimensional Weisfeiler-Leman using only a constant number of rounds. This places isomorphism testing for this family of groups into $\textsf{L}$; the previous upper bound for isomorphism testing was $\textsf{P}$ (Qiao, Sarma, & Tang, STACS 2011). - We use the individualize-and-refine paradigm to obtain a $\textsf{quasiSAC}^{1}$ isomorphism test for groups without Abelian normal subgroups, previously only known to be in $\textsf{P}$ (Babai, Codenotti, & Qiao, ICALP 2012). - We extend a result of Brachter & Schweitzer (arXiv, 2021) on direct products of groups to the parallel setting. Namely, we also show that Weisfeiler-Leman can identify direct products in parallel, provided it can identify each of the indecomposable direct factors in parallel. They previously showed the analogous result for $\textsf{P}$. We finally consider the count-free Weisfeiler-Leman algorithm, where we show that count-free WL is unable to even distinguish Abelian groups in polynomial-time. Nonetheless, we use count-free WL in tandem with bounded non-determinism and limited counting to obtain a new upper bound of $\beta_{1}\textsf{MAC}^{0}(\textsf{FOLL})$ for isomorphism testing of Abelian groups. This improves upon the previous $\textsf{TC}^{0}(\textsf{FOLL})$ upper bound due to Chattopadhyay, Tor\'an, & Wagner (ACM Trans. Comput. Theory, 2013).


翻译:本文证明,针对群的常维Weisfeiler-Leman算法(Brachter & Schweitzer, LICS 2020)可有效用于改进若干群族同构检测问题的并行复杂度上界。具体地,我们证明:- 具有阿贝尔正规Hall子群且其补群为$O(1)$生成的群,可通过常维Weisfeiler-Leman算法在常数轮内识别。这使得该群族的同构检测问题归入$\textsf{L}$复杂度类;此前该问题的已知最优上界为$\textsf{P}$(Qiao, Sarma, & Tang, STACS 2011)。- 利用个性化-精化范式,我们为不含阿贝尔正规子群的群族给出了$\textsf{quasiSAC}^{1}$同构检测算法,此前该类群仅已知属于$\textsf{P}$(Babai, Codenotti, & Qiao, ICALP 2012)。- 我们将Brachter & Schweitzer(arXiv, 2021)关于群直积的结果推广至并行场景:即证明若Weisfeiler-Leman算法可并行识别每个不可约直因子,则其亦可并行识别直积群。此前他们仅证明了$\textsf{P}$复杂度类下的类似结论。最后,我们考虑无计数Weisfeiler-Leman算法,证明其即使在多项式时间内也无法区分阿贝尔群。尽管如此,通过将无计数WL与有界非确定性和有限计数相结合,我们为阿贝尔群同构检测获得了$\beta_{1}\textsf{MAC}^{0}(\textsf{FOLL})$这一新上界,改进了Chattopadhyay, Torán, & Wagner(ACM Trans. Comput. Theory, 2013)此前得到的$\textsf{TC}^{0}(\textsf{FOLL})$上界。

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