We study the fully dynamic maximum matching problem. In this problem, the goal is to efficiently maintain an approximate maximum matching of a graph that is subject to edge insertions and deletions. Our focus is particularly on algorithms that maintain the edges of a $(1-\epsilon)$-approximate maximum matching for an arbitrarily small constant $\epsilon > 0$. Until recently, the fastest known algorithm for this problem required $\Theta(n)$ time per update where $n$ is the number of vertices. This bound was slightly improved to $n/(\log^* n)^{\Omega(1)}$ by Assadi, Behnezhad, Khanna, and Li [STOC'23] and very recently to $n/2^{\Omega(\sqrt{\log n})}$ by Liu [ArXiv'24]. Whether this can be improved to $n^{1-\Omega(1)}$ remains a major open problem. In this paper, we present a new algorithm that maintains a $(1-\epsilon)$-approximate maximum matching. The update-time of our algorithm is parametrized based on the density of a certain class of graphs that we call Ordered Ruzsa-Szemer\'edi (ORS) graphs, a generalization of the well-known Ruzsa-Szemer\'edi graphs. While determining the density of ORS (or RS) remains a hard problem in combinatorics, we prove that if the existing constructions of ORS graphs are optimal, then our algorithm runs in $n^{1/2+O(\epsilon)}$ time for any fixed $\epsilon > 0$ which would be significantly faster than existing near-linear in $n$ time algorithms.


翻译:我们研究完全动态最大匹配问题。该问题的目标是在图发生边插入和删除时,高效维护一个近似的最大匹配。我们特别关注那些针对任意小常数$\epsilon > 0$,维护$(1-\epsilon)$近似最大匹配的算法。直到最近,该问题已知最快的算法每次更新需要$\Theta(n)$时间,其中$n$为顶点数。Assadi、Behnezhad、Khanna和Li [STOC'23] 将该界限略微改进至$n/(\log^* n)^{\Omega(1)}$,而Liu [ArXiv'24] 近期进一步改进至$n/2^{\Omega(\sqrt{\log n})}$。能否将其改进至$n^{1-\Omega(1)}$仍然是一个重大开放问题。本文提出一种维护$(1-\epsilon)$近似最大匹配的新算法。该算法的更新时间参数化依赖于一类称为有序Ruzsa-Szemerédi(ORS)图的密度,这类图是著名Ruzsa-Szemerédi图的推广。尽管确定ORS(或RS)图的密度仍是组合数学中的难题,但我们证明:若现有ORS图的最优构造成立,则对于任意固定$\epsilon > 0$,算法运行时间为$n^{1/2+O(\epsilon)}$,这将显著快于现有近线性于$n$的时间算法。

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