This paper studies parallel algorithms for the longest increasing subsequence (LIS) problem. Let $n$ be the input size and $k$ be the LIS length of the input. Sequentially, LIS is a simple problem that can be solved using dynamic programming (DP) in $O(n\log n)$ work. However, parallelizing LIS is a long-standing challenge. We are unaware of any parallel LIS algorithm that has optimal $O(n\log n)$ work and non-trivial parallelism (i.e., $\tilde{O}(k)$ or $o(n)$ span). This paper proposes a parallel LIS algorithm that costs $O(n\log k)$ work, $\tilde{O}(k)$ span, and $O(n)$ space, and is much simpler than the previous parallel LIS algorithms. We also generalize the algorithm to a weighted version of LIS, which maximizes the weighted sum for all objects in an increasing subsequence. To achieve a better work bound for the weighted LIS algorithm, we designed parallel algorithms for the van Emde Boas (vEB) tree, which has the same structure as the sequential vEB tree, and supports work-efficient parallel batch insertion, deletion, and range queries. We also implemented our parallel LIS algorithms. Our implementation is light-weighted, efficient, and scalable. On input size $10^9$, our LIS algorithm outperforms a highly-optimized sequential algorithm (with $O(n\log k)$ cost) on inputs with $k\le 3\times 10^5$. Our algorithm is also much faster than the best existing parallel implementation by Shen et al. (2022) on all input instances.


翻译:本文研究最长递增子序列(LIS)问题的并行算法。设输入规模为$n$,输入序列LIS长度为$k$。在串行环境下,LIS是一个可通过动态规划(DP)在$O(n\log n)$工作复杂度内解决的简单问题。然而,LIS的并行化是一个长期存在的挑战。目前尚无任何并行LIS算法能同时实现最优的$O(n\log n)$工作复杂度和非平凡并行性(即$\tilde{O}(k)$或$o(n)$的展度)。本文提出一种并行LIS算法,其工作复杂度为$O(n\log k)$,展度为$\tilde{O}(k)$,空间复杂度为$O(n)$,且比现有并行LIS算法更为简洁。我们还将该算法推广至加权LIS版本,该版本旨在最大化递增子序列中所有对象的加权和。为实现加权LIS算法更优的工作复杂度界,我们设计了van Emde Boas(vEB)树的并行算法。该并行vEB树保持与串行vEB树相同的结构,支持工作高效的并行批量插入、删除及范围查询操作。我们还实现了所提出的并行LIS算法。该实现轻量、高效且可扩展。在输入规模为$10^9$时,当$k\le 3\times 10^5$时,我们的LIS算法性能优于高度优化的串行算法(其复杂度为$O(n\log k)$)。在所有输入实例上,我们的算法均显著快于Shen等人(2022)提出的现有最佳并行实现。

0
下载
关闭预览

相关内容

【硬核书】稀疏多项式优化:理论与实践,220页pdf
专知会员服务
73+阅读 · 2022年9月30日
专知会员服务
45+阅读 · 2020年12月18日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
RL解决'LunarLander-v2' (SOTA)
CreateAMind
62+阅读 · 2019年9月27日
RoBERTa中文预训练模型:RoBERTa for Chinese
PaperWeekly
57+阅读 · 2019年9月16日
【泡泡一分钟】利用四叉树加速的单目实时稠密建图
泡泡机器人SLAM
28+阅读 · 2019年4月26日
【泡泡一分钟】用于评估视觉惯性里程计的TUM VI数据集
泡泡机器人SLAM
11+阅读 · 2019年1月4日
【推荐】免费书(草稿):数据科学的数学基础
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年10月1日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
国家自然科学基金
3+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 · 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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月2日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月2日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月31日
VIP会员
最新内容
《无人机对海面作战影响评估》
专知会员服务
11+阅读 · 7月21日
印度精确打击与指挥架构的断层
专知会员服务
6+阅读 · 7月20日
美空军AI完成F-16战斗机自主空战历史性试飞
专知会员服务
6+阅读 · 7月20日
深入Project Maven:为何人工智能在战场上依然失灵
锻造未来士兵:外骨骼、基因工程与赛博格
专知会员服务
8+阅读 · 7月19日
相关资讯
RL解决'LunarLander-v2' (SOTA)
CreateAMind
62+阅读 · 2019年9月27日
RoBERTa中文预训练模型:RoBERTa for Chinese
PaperWeekly
57+阅读 · 2019年9月16日
【泡泡一分钟】利用四叉树加速的单目实时稠密建图
泡泡机器人SLAM
28+阅读 · 2019年4月26日
【泡泡一分钟】用于评估视觉惯性里程计的TUM VI数据集
泡泡机器人SLAM
11+阅读 · 2019年1月4日
【推荐】免费书(草稿):数据科学的数学基础
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年10月1日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
国家自然科学基金
3+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 · 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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员