Structural balance theory studies stability in networks. Given a $n$-vertex complete graph $G=(V,E)$ whose edges are labeled positive or negative, the graph is considered \emph{balanced} if every triangle either consists of three positive edges (three mutual ``friends''), or one positive edge and two negative edges (two ``friends'' with a common ``enemy''). From a computational perspective, structural balance turns out to be a special case of correlation clustering with the number of clusters at most two. The two main algorithmic problems of interest are: $(i)$ detecting whether a given graph is balanced, or $(ii)$ finding a partition that approximates the \emph{frustration index}, i.e., the minimum number of edge flips that turn the graph balanced. We study these problems in the streaming model where edges are given one by one and focus on \emph{memory efficiency}. We provide randomized single-pass algorithms for: $(i)$ determining whether an input graph is balanced with $O(\log{n})$ memory, and $(ii)$ finding a partition that induces a $(1 + \varepsilon)$-approximation to the frustration index with $O(n \cdot \text{polylog}(n))$ memory. We further provide several new lower bounds, complementing different aspects of our algorithms such as the need for randomization or approximation. To obtain our main results, we develop a method using pseudorandom generators (PRGs) to sample edges between independently-chosen \emph{vertices} in graph streaming. Furthermore, our algorithm that approximates the frustration index improves the running time of the state-of-the-art correlation clustering with two clusters (Giotis-Guruswami algorithm [SODA 2006]) from $n^{O(1/\varepsilon^2)}$ to $O(n^2\log^3{n}/\varepsilon^2 + n\log n \cdot (1/\varepsilon)^{O(1/\varepsilon^4)})$ time for $(1+\varepsilon)$-approximation. These results may be of independent interest.


翻译:结构平衡理论研究网络中的稳定性。给定一个$n$个顶点的完全图$G=(V,E)$,其边被标记为正或负,如果每个三角形由三条正边(三个相互"朋友")或一条正边与两条负边(两个"朋友"有一个共同"敌人")组成,则该图被称为\emph{平衡的}。从计算角度来看,结构平衡实际上是聚类数至多为2的相关聚类的一个特例。两个主要算法问题为:$(i)$检测给定图是否平衡,或$(ii)$寻找一个划分以近似\emph{挫折指数},即最小边翻转次数使得图变为平衡。我们在流式模型下研究这些问题,其中边逐个输入,并关注\emph{内存效率}。我们提供了随机化单遍算法用于:$(i)$使用$O(\log{n})$内存确定输入图是否平衡,以及$(ii)$使用$O(n \cdot \text{polylog}(n))$内存寻找一个划分,实现$(1 + \varepsilon)$近似挫折指数。我们进一步提供了若干新下界,补充了我们算法在不同方面的需求,如随机化或近似性。为实现主要结果,我们开发了一种使用伪随机生成器(PRGs)在流式图中对独立选择的\emph{顶点}之间的边进行采样的方法。此外,近似挫折指数的算法将两个聚类的相关聚类最新算法(Giotis-Guruswami算法 [SODA 2006])的运行时间从$n^{O(1/\varepsilon^2)}$改进为$O(n^2\log^3{n}/\varepsilon^2 + n\log n \cdot (1/\varepsilon)^{O(1/\varepsilon^4)})$以实现$(1+\varepsilon)$近似。这些结果可能具有独立研究价值。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
【干货书】开放数据结构,Open Data Structures,337页pdf
专知会员服务
19+阅读 · 2021年9月17日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16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 · 2012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 · 2012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
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
11+阅读 · 2022年9月1日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
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 · 2012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 · 2012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
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员