This paper studies the classical online scheduling problem of minimizing total flow time for $n$ jobs on $m$ identical machines. Prior work often cites the $Ω(n)$ lower bound for non-preemptive algorithms to argue for the necessity of preemption or resource augmentation, which shows the trivial $O(n)$-competitive greedy algorithm is tight. However, this lower bound applies only to \emph{deterministic} algorithms in the \emph{single-machine} case, leaving several fundamental questions unanswered. Can randomness help in the non-preemptive setting, and what is the optimal online deterministic algorithm when $m \geq 2$? We resolve both questions. We present a polynomial-time randomized algorithm with competitive ratio $Θ(\sqrt{n/m})$ and prove a matching randomized lower bound, settling the randomized non-preemptive setting for every $m$. This also improves the best-known offline approximation ratio from $O(\sqrt{n/m}\log(n/m))$ to $O(\sqrt{n/m})$. On the deterministic side, we present a non-preemptive algorithm with competitive ratio $O(n/m^{2}+\sqrt{n/m}\log m)$ and prove a nearly matching lower bound. Our framework also extends to the kill-and-restart model, where we reveal a sharp transition of deterministic algorithms: we design an asymptotically optimal algorithm with the competitive ratio $O(\sqrt{n/m})$ for $m\ge 2$, yet establish a strong $Ω(n/\log n)$ lower bound for $m=1$. Moreover, we show that randomization provides no further advantage, as the lower bound coincides with that of the non-preemptive setting. While our main results assume prior knowledge of $n$, we also investigate the setting where $n$ is unknown. We show kill-and-restart is powerful enough to break the $O(n)$ barrier for $m \geq 2$ even without knowing $n$. Conversely, we prove randomization alone is insufficient, as no algorithm can achieve an $o(n)$ competitive ratio in this setting.


翻译:本文研究了经典在线调度问题,即在$m$台相同机器上最小化$n$个作业的总流时间。先前工作常引用非抢占式算法的$Ω(n)$下界来论证抢占或资源增强的必要性,这表明平凡的$O(n)$竞争贪婪算法是紧致的。然而,该下界仅适用于\emph{单机}情况下的\emph{确定性}算法,导致若干基本问题悬而未决:随机性在非抢占式设定中是否有帮助?当$m \geq 2$时最优的在线确定性算法是什么?我们解决了这两个问题。我们提出了一个具有$Θ(\sqrt{n/m})$竞争比的多项式时间随机算法,并证明了匹配的随机下界,从而为任意$m$值确定了随机非抢占式设定的界限。这同时将已知的最佳离线近似比从$O(\sqrt{n/m}\log(n/m))$改进至$O(\sqrt{n/m})$。在确定性方面,我们提出了一个竞争比为$O(n/m^{2}+\sqrt{n/m}\log m)$的非抢占式算法,并证明了近乎匹配的下界。我们的框架还可扩展至终止重启模型,其中揭示了确定性算法的急剧转变:针对$m\ge 2$设计了竞争比为$O(\sqrt{n/m})$的渐近最优算法,但对$m=1$建立了强$Ω(n/\log n)$下界。此外,我们证明随机性未提供额外优势,因为其下界与非抢占式设定一致。虽然主要结果假设已知$n$,我们还探究了$n$未知的设定。研究表明,即使不知道$n$,终止重启机制也足以在$m \geq 2$时突破$O(n)$障碍。相反,我们证明仅靠随机性是不够的,因为在此设定下任何算法都无法实现$o(n)$竞争比。

0
下载
关闭预览

相关内容

在数学和计算机科学之中,算法(Algorithm)为一个计算的具体步骤,常用于计算、数据处理和自动推理。精确而言,算法是一个表示为有限长列表的有效方法。算法应包含清晰定义的指令用于计算函数。 来自维基百科: 算法
UnHiPPO:面向不确定性的状态空间模型初始化方法
专知会员服务
11+阅读 · 2025年6月6日
NeurIPS 2021 | 寻找用于变分布泛化的隐式因果因子
专知会员服务
17+阅读 · 2021年12月7日
图节点嵌入(Node Embeddings)概述,9页pdf
专知
15+阅读 · 2020年8月22日
【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
NAACL 2019 | 一种考虑缓和KL消失的简单VAE训练方法
PaperWeekly
20+阅读 · 2019年4月24日
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017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
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
图节点嵌入(Node Embeddings)概述,9页pdf
专知
15+阅读 · 2020年8月22日
【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
NAACL 2019 | 一种考虑缓和KL消失的简单VAE训练方法
PaperWeekly
20+阅读 · 2019年4月24日
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017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
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员