The Pareto sum of two-dimensional point sets $P$ and $Q$ in $\mathbb{R}^2$ is defined as the skyline of the points in their Minkowski sum. The problem of efficiently computing the Pareto sum arises frequently in bi-criteria optimization algorithms. Prior work establishes that computing the Pareto sum of sets $P$ and $Q$ of size $n$ suffers from conditional lower bounds that rule out strongly subquadratic $O(n^{2-ε})$-time algorithms, even when the output size is $Θ(n)$. Naturally, we ask: How efficiently can we \emph{approximate} Pareto sums, both in theory and practice? Can we beat the near-quadratic-time state of the art for exact algorithms? On the theoretical side, we formulate a notion of additively approximate Pareto sets and show that computing an approximate Pareto set is \emph{fine-grained equivalent} to Bounded Monotone Min-Plus Convolution. Leveraging a remarkable $\tilde{O}(n^{1.5})$-time algorithm for the latter problem (Chi, Duan, Xie, Zhang; STOC '22), we thus obtain a strongly subquadratic (and conditionally optimal) approximation algorithm for computing Pareto sums. On the practical side, we engineer different algorithmic approaches for approximating Pareto sets on realistic instances. Our implementations enable a granular trade-off between approximation quality and running time/output size compared to the state of the art for exact algorithms established in (Funke, Hespe, Sanders, Storandt, Truschel; Algorithmica '25). Perhaps surprisingly, the (theoretical) connection to Bounded Monotone Min-Plus Convolution remains beneficial even for our implementations: in particular, we implement a simplified, yet still subquadratic version of an algorithm due to Chi, Duan, Xie and Zhang, which on some sufficiently large instances outperforms the competing quadratic-time approaches.


翻译:二维点集 $P$ 和 $Q$(位于 $\mathbb{R}^2$ 中)的帕累托和定义为它们闵可夫斯基和中的天际线点。在双目标优化算法中,高效计算帕累托和的需求频繁出现。先前的工作表明,当输出规模为 $Θ(n)$ 时,大小为 $n$ 的点集 $P$ 和 $Q$ 的帕累托和计算受到条件性下界的限制,排除了强次二次 $O(n^{2-ε})$-时间算法的存在。自然,我们问:在理论和实践中,我们能以多高的效率\emph{近似}帕累托和?能否超越精确算法的近二次时间最新技术水平?在理论方面,我们提出了加法近似帕累托集的概念,并证明计算近似帕累托集与有界单调最小加卷积问题\emph{精细等价}。利用针对后一问题的显著 $\tilde{O}(n^{1.5})$-时间算法(Chi, Duan, Xie, Zhang; STOC '22),我们由此获得了一个强次二次(且条件最优)的帕累托和计算近似算法。在实践方面,我们设计了多种算法方法来近似实际实例中的帕累托集。与 (Funke, Hespe, Sanders, Storandt, Truschel; Algorithmica '25) 中建立的精确算法最新技术水平相比,我们的实现使得近似质量、运行时间/输出规模之间能够实现精细权衡。也许令人惊讶的是,(理论上的)与有界单调最小加卷积的联系对我们的实现仍然有益:特别是,我们实现了 Chi、Duan、Xie 和 Zhang 算法的一个简化但仍是次二次的版本,该版本在足够大的实例上优于竞争性的二次时间方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

和积网络综述论文,Sum-product networks: A survey,24页pdf
专知会员服务
24+阅读 · 2020年4月3日
【ICLR-2020】网络反卷积,NETWORK DECONVOLUTION
专知会员服务
39+阅读 · 2020年2月21日
pytorch中六种常用的向量相似度评估方法
极市平台
22+阅读 · 2021年12月9日
CVPR 2019 | PointConv:在点云上高效实现卷积操作
机器之心
10+阅读 · 2019年4月21日
总结-空洞卷积(Dilated/Atrous Convolution)
极市平台
41+阅读 · 2019年2月25日
图上的归纳表示学习
科技创新与创业
23+阅读 · 2017年11月9日
各种相似性度量及Python实现
机器学习算法与Python学习
11+阅读 · 2017年7月6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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+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
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
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
0+阅读 · 3月24日
VIP会员
最新内容
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
2+阅读 · 今天7:44
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
2+阅读 · 今天7:28
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:18
军事欺骗:供作战战术指挥官使用的工具
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:03
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
5+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
10+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
5+阅读 · 6月23日
相关VIP内容
和积网络综述论文,Sum-product networks: A survey,24页pdf
专知会员服务
24+阅读 · 2020年4月3日
【ICLR-2020】网络反卷积,NETWORK DECONVOLUTION
专知会员服务
39+阅读 · 2020年2月21日
相关资讯
相关基金
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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+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
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
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