This paper examines the computational complexity of the \emph{Core Identification Problem} (CIP) in one-sided matching markets governed by the Top Trading Cycles (TTC) algorithm. The central contribution is a formal complexity separation: this paper proves that identifying which agents receive a core allocation is strictly easier than computing the full TTC allocation. Specifically, we show that CIP can be solved in $\bigO{Ln}$ time, where $L$ is the maximum number of preferences reported per agent, by computing the leading eigenvector of a preference-derived Markov transition matrix via randomized SVD\@. For sparse preference profiles ($L = \bigO{1}$, as in the NYC school choice where $L = 12$), this yields an algorithm $\bigO{n}$. This result strictly improves on the $\bigO{n \log n}$ complexity of the full TTC allocation (\cite{SabanSethuraman2013}) and matches the $\Omg{n}$ information-theoretic lower bound, establishing asymptotic optimality. The method inherits all properties of TTC: Pareto efficiency, individual rationality, and strategy-proofness, and is robust to preference noise for sufficiently large~$n$.


翻译:本文研究在由顶级交易循环(TTC)算法支配的单边匹配市场中,核心识别问题(CIP)的计算复杂度。核心贡献在于形式化的复杂度分离:本文证明,识别哪些代理人获得核心分配严格比计算完整的TTC分配更容易。具体而言,我们证明CIP可在$\bigO{Ln}$时间内求解,其中$L$是每个代理人报告的最大偏好数量,通过计算偏好导出的马尔可夫转移矩阵的主特征向量(采用随机SVD方法)。对于稀疏偏好配置($L = \bigO{1}$,如纽约市择校场景中$L = 12$),这产生一个$\bigO{n}$的算法。该结果严格优于完整TTC分配的$\bigO{n \log n}$复杂度(参见\cite{SabanSethuraman2013}),并与信息论下界$\Omg{n}$相匹配,确立了渐近最优性。该方法继承了TTC的所有性质:帕累托效率、个体理性和策略证明性,并且对于充分大的$n$,对偏好噪声具有鲁棒性。

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