We prove a general structural theorem for a wide family of local algorithms, which includes property testers, local decoders, and PCPs of proximity. Namely, we show that the structure of every algorithm that makes $q$ adaptive queries and satisfies a natural robustness condition admits a sample-based algorithm with $n^{1- 1/O(q^2 \log^2 q)}$ sample complexity, following the definition of Goldreich and Ron (TOCT 2016). We prove that this transformation is nearly optimal. Our theorem also admits a scheme for constructing privacy-preserving local algorithms. Using the unified view that our structural theorem provides, we obtain results regarding various types of local algorithms, including the following. - We strengthen the state-of-the-art lower bound for relaxed locally decodable codes, obtaining an exponential improvement on the dependency in query complexity; this resolves an open problem raised by Gur and Lachish (SICOMP 2021). - We show that any (constant-query) testable property admits a sample-based tester with sublinear sample complexity; this resolves a problem left open in a work of Fischer, Lachish, and Vasudev (FOCS 2015) by extending their main result to adaptive testers. - We prove that the known separation between proofs of proximity and testers is essentially maximal; this resolves a problem left open by Gur and Rothblum (ECCC 2013, Computational Complexity 2018) regarding sublinear-time delegation of computation. Our techniques strongly rely on relaxed sunflower lemmas and the Hajnal-Szemer\'edi theorem.


翻译:我们证明了一类广泛局部算法的通用结构定理,该类算法包含性质测试器、局部解码器和邻近概率可检验证明(PCP)。具体而言,我们证明了:在满足自然鲁棒性条件且进行$q$次自适应查询的算法中,其结构可转化为基于采样的算法,根据Goldreich和Ron(TOCT 2016)的定义,该算法的样本复杂度为$n^{1- 1/O(q^2 \log^2 q)}$,并证明了该转化近乎最优。该定理还提出了一种用于构建隐私保护局部算法的方案。通过结构定理提供的统一视角,我们获得了关于各类局部算法的以下成果: - 我们改进了松弛局部可解码码的最新下界,在查询复杂度的依赖关系上实现指数级优化,解决了Gur和Lachish(SICOMP 2021)提出的开放问题。 - 我们证明任何(常数查询)可测试性质均存在样本复杂度为次线性的基于采样的测试器,通过将Fischer、Lachish和Vasudev(FOCS 2015)的主要结论扩展到自适应测试器,解决了该研究遗留的问题。 - 我们证明邻近证明与测试器之间的已知分离本质上是最大化的,解决了Gur和Rothblum(ECCC 2013, Computational Complexity 2018)提出的关于次线性时间计算委托的开放问题。 我们的技术方法强烈依赖于松弛太阳花引理和Hajnal-Szemerédi定理。

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该杂志包含了计算机科学和非数值计算的数学和形式方面的研究文章。主题包括分析和设计算法、数据结构、计算复杂性、计算代数、组合数学和图论计算几何、计算几何、计算机器人学、编程语言的数学方面、人工智能、计算学习、数据库、信息检索、密码学、网络、分布式计算、并行算法和计算机体系结构。官网链接:https://epubs.siam.org/journal/smjcat
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