Low-distortional metric embeddings are a crucial component in the modern algorithmic toolkit. In an online metric embedding, points arrive sequentially and the goal is to embed them into a simple space irrevocably, while minimizing the distortion. Our first result is a deterministic online embedding of a general metric into Euclidean space with distortion $O(\log n)\cdot\min\{\sqrt{\log\Phi},\sqrt{n}\}$ (or, $O(d)\cdot\min\{\sqrt{\log\Phi},\sqrt{n}\}$ if the metric has doubling dimension $d$), solving a conjecture by Newman and Rabinovich (2020), and quadratically improving the dependence on the aspect ratio $\Phi$ from Indyk et al.\ (2010). Our second result is a stochastic embedding of a metric space into trees with expected distortion $O(d\cdot \log\Phi)$, generalizing previous results (Indyk et al.\ (2010), Bartal et al.\ (2020)). Next, we study the \emph{online minimum-weight perfect matching} problem, where a sequence of $2n$ metric points arrive in pairs, and one has to maintain a perfect matching at all times. We allow recourse (as otherwise the order of arrival determines the matching). The goal is to return a perfect matching that approximates the \emph{minimum-weight} perfect matching at all times, while minimizing the recourse. Our third result is a randomized algorithm with competitive ratio $O(d\cdot \log \Phi)$ and recourse $O(\log \Phi)$ against an oblivious adversary, this result is obtained via our new stochastic online embedding. Our fourth result is a deterministic algorithm against an adaptive adversary, using $O(\log^2 n)$ recourse, that maintains a matching of weight at most $O(\log n)$ times the weight of the MST, i.e., a matching of lightness $O(\log n)$. We complement our upper bounds with a strategy for an oblivious adversary that, with recourse $r$, establishes a lower bound of $\Omega(\frac{\log n}{r \log r})$ for both competitive ratio and lightness.


翻译:低失真度量嵌入是现代算法工具包中的关键组成部分。在在线度量嵌入问题中,点序列依次到达,目标是以不可逆的方式将其嵌入简单空间,同时最小化失真。我们的第一个结果是:将一般度量空间确定性在线嵌入欧几里得空间,失真为 $O(\log n)\cdot\min\{\sqrt{\log\Phi},\sqrt{n}\}$(若度量具有倍增维度 $d$,则失真为 $O(d)\cdot\min\{\sqrt{\log\Phi},\sqrt{n}\}$),这解决了Newman和Rabinovich(2020)的一个猜想,并将Indyk等人(2010)结果中对长宽比 $\Phi$ 的依赖二次改进。第二个结果是:将度量空间随机嵌入树结构,期望失真为 $O(d\cdot \log\Phi)$,推广了先前结果(Indyk等(2010),Bartal等(2020))。接下来,我们研究*在线最小权重完美匹配*问题:$2n$ 个度量点成对序列到达,需始终保持完美匹配。我们允许反悔(否则到达顺序决定匹配),目标是在所有时刻返回近似*最小权重*完美匹配的匹配,同时最小化反悔次数。第三个结果是:针对 oblivious 对手的随机算法,其竞争比为 $O(d\cdot \log \Phi)$,反悔次数为 $O(\log \Phi)$,该结果基于我们新的随机在线嵌入。第四个结果是:针对自适应对手的确定性算法,使用 $O(\log^2 n)$ 次反悔,维持的匹配权重不超过MST权重的 $O(\log n)$ 倍,即匹配的轻量性为 $O(\log n)$。我们为这些上界补充了 oblivious 对手的策略:当反悔次数为 $r$ 时,该策略对竞争比和轻量性均建立 $\Omega(\frac{\log n}{r \log r})$ 的下界。

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