In the classic online graph balancing problem, edges arrive sequentially and must be oriented immediately upon arrival, to minimize the maximum in-degree. For adversarial arrivals, the natural greedy algorithm is $O(\log n)$-competitive, and this bound is the best possible for any algorithm, even with randomization. We study this problem in the i.i.d. model where a base graph $G$ is known in advance and each arrival is an independent uniformly random edge of $G$. This model generalizes the standard power-of-two choices setting, corresponding to $G = K_n$, where the greedy algorithm achieves an $O(\log\!\log n)$ guarantee. We ask whether a similar bound is possible for arbitrary base graphs. While the greedy algorithm is optimal for adversarial arrivals and also for i.i.d. arrivals from regular base graphs (such as $G = K_n$), we show that it can perform poorly in general: there exist mildly irregular graphs $G$ for which greedy is $\widetildeΩ(\log n)$-competitive under i.i.d. arrivals. In sharp contrast, our main result is an $O(\log\!\log n)$-competitive online algorithm for every base graph $G$; this is optimal up to constant factors, since an $Ω(\log\!\log n)$ lower bound already holds even for the complete graph $G = K_n$. The key new idea is a notion of log-skewness for graphs, which captures the irregular substructures in $G$ that force the offline optimum to be large. Moreover, we show that any base graph can be decomposed into ``skew-biregular'' pieces at only $O(\log\!\log n)$ scales of log-skewness, and use this to design a decomposition-based variant of greedy that is $O(\log\!\log n)$-competitive.


翻译:在经典在线图均衡问题中,边按序到达并须在到达时立即定向,以最小化最大入度。对于对抗性到达场景,自然贪心算法具有$O(\log n)$竞争比,且该界对任何算法(包括随机化算法)均为最优。我们研究独立同分布模型下的该问题:已知基图$G$,每次到达是$G$中独立均匀随机的一条边。该模型推广了对应$G = K_n$的标准双选择设置,此时贪心算法能达到$O(\log\!\log n)$保证。我们探究任意基图是否可实现类似界值。尽管贪心算法在对抗性到达及正则基图(如$G = K_n$)的独立同分布到达中均为最优,但研究表明它在一般情况下表现欠佳:存在轻度非正则图$G$,使得贪心算法在独立同分布到达下具有$\widetildeΩ(\log n)$竞争比。与此形成鲜明对比的是,我们的主要成果是为任意基图$G$设计出$O(\log\!\log n)$竞争比的在线算法;由于完全图$G = K_n$已存在$Ω(\log\!\log n)$下界,该界在常数因子意义上最优。关键创新在于引入图的偏斜度概念,该概念刻画了迫使离线最优值增大的$G$中非正则子结构。进一步,我们证明任意基图可分解为在$O(\log\!\log n)$个偏斜度尺度上的"偏斜-双正则"片段,并据此设计基于分解的贪心变体算法,实现$O(\log\!\log n)$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
【清华大学】图随机神经网络,Graph Random Neural Networks
专知会员服务
156+阅读 · 2020年5月26日
图机器学习 2.2-2.4 Properties of Networks, Random Graph
图与推荐
10+阅读 · 2020年3月28日
“推荐系统”加上“图神经网络”
机器学习与推荐算法
12+阅读 · 2020年3月23日
图注意力网络
科技创新与创业
35+阅读 · 2017年11月22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
1+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
0+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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 3月20日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | CFPO:用反事实策略优化提升多模态推理
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:43
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:31
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:11
《人工智能生成的零日漏洞:对未来作战的影响》
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关VIP内容
【清华大学】图随机神经网络,Graph Random Neural Networks
专知会员服务
156+阅读 · 2020年5月26日
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
1+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
0+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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员