The All-Pairs Shortest Paths (APSP) problem is one of the fundamental problems in theoretical computer science. It asks to compute the distance matrix of a given $n$-vertex graph. We revisit the classical problem of maintaining the distance matrix under a \emph{fully-dynamic} setting undergoing vertex insertions and deletions with a fast \emph{worst-case} running time and efficient space usage. Although amortized algorithm with $\tilde O(n ^ 2)$ update-time has been known for nearly two decades [Demetrescu and Italiano, STOC 2003], the current best algorithm for worst-case running time with efficient space usage runs is due to [Gutenberg and Wulff-Nilsen, SODA 2020], which improves the space usage of the previous algorithm due to [Abraham, Chechik, and Krinninger, SODA 2017] to $\tilde O(n ^ 2)$ but fails to improve their running time of $\tilde O(n ^ {2 + 2 / 3})$. It has been conjectured that no algorithm in $O(n ^ {2.5 - \epsilon})$ worst-case update time exists. For graphs without negative cycles, we meet this conjectured lower bound by introducing a Monte Carlo algorithm running in randomized $\tilde O(n ^ {2.5})$ time while keeping the $\tilde O(n ^ 2)$ space bound from the previous algorithm. Our improvement is made possible using a novel multi-layer approach that exploits the gaps between hops (number of vertices traversed) of paths.


翻译:全源最短路径(APSP)问题是理论计算机科学中的基础问题之一,要求计算给定 $n$ 顶点图的距离矩阵。本文重新研究了在顶点插入与删除操作下的\emph{全动态}环境中维护距离矩阵的经典问题,目标是在最坏情形下实现快速运行时间与高效空间使用。尽管近二十年前已存在更新时间为 $\tilde O(n ^ 2)$ 的摊还算法 [Demetrescu and Italiano, STOC 2003],当前兼顾最坏情形运行时间与高效空间使用的最佳算法由 [Gutenberg and Wulff-Nilsen, SODA 2020] 提出,该算法将 [Abraham, Chechik, and Krinninger, SODA 2017] 先前算法的空间使用优化至 $\tilde O(n ^ 2)$,但未能改进其 $\tilde O(n ^ {2 + 2 / 3})$ 的运行时间。已有猜想认为不存在最坏情形更新时间为 $O(n ^ {2.5 - \epsilon})$ 的算法。对于不含负环的图,我们通过引入一种随机化蒙特卡洛算法满足该猜想的下界,该算法运行时间为 $\tilde O(n ^ {2.5})$,同时保持先前算法的 $\tilde O(n ^ 2)$ 空间界。这一改进得益于一种新颖的多层方法,该方法利用了路径跳数(遍历顶点数)之间的间隙。

0
下载
关闭预览

相关内容

本专题讨论会主要讨论离散问题之有效演算法与资料结构。除了这些方法和结构的设计,还包括它们的使用、性能分析以及与它们的发展或局限性相关的数学问题。性能分析可以是分析性的,也可以是实验性的,可以是针对最坏情况或预期情况的性能。研究可以是理论性的,也可以是基于实践中出现的数据集,可以解决绩效分析中涉及的方法学问题。官网链接:https://www.siam.org/conferences/cm/conference/soda20
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
专知会员服务
61+阅读 · 2020年3月19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
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10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
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6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
【推荐】YOLO实时目标检测(6fps)
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年11月5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 · 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 · 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
0+阅读 · 2010年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009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7月27日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月25日
VIP会员
最新内容
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:20
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
4+阅读 · 今天5:45
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
6+阅读 · 今天5:04
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
4+阅读 · 7月26日
ICM 2026 | 陶哲轩:人工智能时代的数学
专知会员服务
8+阅读 · 7月26日
《反无人机交战场景下的战斗归零研究》
专知会员服务
7+阅读 · 7月26日
博士论文 | 用代码结构感知方法推进代码大模型
相关VIP内容
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
专知会员服务
61+阅读 · 2020年3月19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
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10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
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6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
【推荐】YOLO实时目标检测(6fps)
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年11月5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 · 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 · 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
0+阅读 · 2010年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009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