We examine the possibility of approximating Maximum Vertex-Disjoint Shortest Paths. In this problem, the input is an edge-weighted (directed or undirected) $n$-vertex graph $G$ along with $k$ terminal pairs $(s_1,t_1),(s_2,t_2),\ldots,(s_k,t_k)$. The task is to connect as many terminal pairs as possible by pairwise vertex-disjoint paths such that each path is a shortest path between the respective terminals. Our work is anchored in the recent breakthrough by Lochet [SODA '21], which demonstrates the polynomial-time solvability of the problem for a fixed value of $k$. Lochet's result implies the existence of a polynomial-time $ck$-approximation for Maximum Vertex-Disjoint Shortest Paths, where $c \leq 1$ is a constant. Our first result suggests that this approximation algorithm is, in a sense, the best we can hope for. More precisely, assuming the gap-ETH, we exclude the existence of an $o(k)$-approximations within $f(k) \cdot $poly($n$) time for any function $f$ that only depends on $k$. Our second result demonstrates the infeasibility of achieving an approximation ratio of $n^{\frac{1}{2}-\varepsilon}$ in polynomial time, unless P = NP. It is not difficult to show that a greedy algorithm selecting a path with the minimum number of arcs results in a $\lceil\sqrt{\ell}\rceil$-approximation, where $\ell$ is the number of edges in all the paths of an optimal solution. Since $\ell \leq n$, this underscores the tightness of the $n^{\frac{1}{2}-\varepsilon}$-inapproximability bound. Additionally, we establish that Maximum Vertex-Disjoint Shortest Paths is fixed-parameter tractable when parameterized by $\ell$ but does not admit a polynomial kernel. Our hardness results hold for undirected graphs with unit weights, while our positive results extend to scenarios where the input graph is directed and features arbitrary (non-negative) edge weights.


翻译:我们研究了最大顶点不相交最短路径问题的近似可能性。在该问题中,输入为一个边加权(有向或无向)的 $n$ 顶点图 $G$,以及 $k$ 个终端对 $(s_1,t_1),(s_2,t_2),\ldots,(s_k,t_k)$。目标是通过成对顶点不相交的路径连接尽可能多的终端对,且每条路径均为对应终端之间的最短路径。我们的工作基于 Lochet [SODA '21] 的最新突破,该工作证明了问题在固定 $k$ 下的多项式时间可解性。Lochet 的结果意味着存在一种多项式时间的 $ck$-近似算法用于最大顶点不相交最短路径问题,其中 $c \leq 1$ 为常数。我们的第一个结果表明,这种近似算法在某种意义上是我们所能期待的最佳结果。更精确地,假设 gap-ETH 成立,我们排除了在 $f(k) \cdot \text{poly}(n)$ 时间内存在 $o(k)$-近似算法的可能性,其中 $f$ 为仅依赖于 $k$ 的任意函数。我们的第二个结果表明,除非 P = NP,否则在多项式时间内无法达到 $n^{\frac{1}{2}-\varepsilon}$ 的近似比。不难证明,选择具有最少弧数的路径的贪心算法可实现 $\lceil\sqrt{\ell}\rceil$-近似,其中 $\ell$ 为最优解中所有路径的边数。由于 $\ell \leq n$,这凸显了 $n^{\frac{1}{2}-\varepsilon}$ 不可近似性界的紧性。此外,我们证明最大顶点不相交最短路径问题在以 $\ell$ 为参数时是固定参数可解的,但不存在多项式核。我们的困难结果对单位权重的无向图成立,而正面结果则扩展到输入图为有向图且具有任意(非负)边权重的场景。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12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
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+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
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
29+阅读 · 2022年3月28日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | 演化选择的因果建模
专知会员服务
0+阅读 · 6月5日
综述|学习式3D表征最新进展与趋势
专知会员服务
1+阅读 · 6月5日
人工智能重塑威慑:算法优势的兴起
专知会员服务
3+阅读 · 6月5日
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
14+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
9+阅读 · 6月4日
《人工智能的挑战:算法战的想象与现实》
专知会员服务
11+阅读 · 6月4日
首场人工智能战争:Maven如何重塑武装冲突
专知会员服务
7+阅读 · 6月4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
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+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
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员