We study the fundamental problem of finding the best string to represent a given set, in the form of the Closest String problem: Given a set $X \subseteq \Sigma^d$ of $n$ strings, find the string $x^*$ minimizing the radius of the smallest Hamming ball around $x^*$ that encloses all the strings in $X$. In this paper, we investigate whether the Closest String problem admits algorithms that are faster than the trivial exhaustive search algorithm. We obtain the following results for the two natural versions of the problem: $\bullet$ In the continuous Closest String problem, the goal is to find the solution string $x^*$ anywhere in $\Sigma^d$. For binary strings, the exhaustive search algorithm runs in time $O(2^d poly(nd))$ and we prove that it cannot be improved to time $O(2^{(1-\epsilon) d} poly(nd))$, for any $\epsilon > 0$, unless the Strong Exponential Time Hypothesis fails. $\bullet$ In the discrete Closest String problem, $x^*$ is required to be in the input set $X$. While this problem is clearly in polynomial time, its fine-grained complexity has been pinpointed to be quadratic time $n^{2 \pm o(1)}$ whenever the dimension is $\omega(\log n) < d < n^{o(1)}$. We complement this known hardness result with new algorithms, proving essentially that whenever $d$ falls out of this hard range, the discrete Closest String problem can be solved faster than exhaustive search. In the small-$d$ regime, our algorithm is based on a novel application of the inclusion-exclusion principle. Interestingly, all of our results apply (and some are even stronger) to the natural dual of the Closest String problem, called the Remotest String problem, where the task is to find a string maximizing the Hamming distance to all the strings in $X$.


翻译:我们研究了寻找最能代表给定集合的字符串的基本问题,即最近字符串问题:给定一个包含 $n$ 个字符串的集合 $X \subseteq \Sigma^d$,找到字符串 $x^*$,使得包含 $X$ 中所有字符串的最小汉明球半径最小。本文探讨了最近字符串问题是否存在比朴素穷举搜索算法更快的算法。对于该问题的两个自然变体,我们获得了以下结果:$\bullet$ 在连续最近字符串问题中,目标是找到位于 $\Sigma^d$ 中任意位置的解字符串 $x^*$。对于二进制字符串,穷举搜索算法的时间复杂度为 $O(2^d poly(nd))$,我们证明,除非强指数时间假设不成立,否则对于任意 $\epsilon > 0$,该复杂度无法改进到 $O(2^{(1-\epsilon) d} poly(nd))$。$\bullet$ 在离散最近字符串问题中,要求 $x^*$ 属于输入集合 $X$。尽管该问题显然是多项式时间可解的,但其细粒度复杂度被确定为二次时间 $n^{2 \pm o(1)}$,前提是维度满足 $\omega(\log n) < d < n^{o(1)}$。我们通过新算法补充了这一已知的困难性结果,本质上证明了只要 $d$ 超出此困难范围,离散最近字符串问题就能比穷举搜索更快地解决。在小 $d$ 情形下,我们的算法基于对包含-排除原理的创新应用。有趣的是,我们所有结果都适用于(甚至在某些情况下更强于)最近字符串问题的自然对偶问题,即最远字符串问题,其任务是从 $X$ 中找到一个字符串,使其与所有字符串的汉明距离最大化。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26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
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
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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
【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
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26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 · 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
0+阅读 · 2011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15日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月15日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月14日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月14日
VIP会员
最新内容
ICML 2026|ECA:面向开放式图文生成的高效持续对齐
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
3+阅读 · 今天13:58
《无人水面艇文献综述与结构设计》135页
专知会员服务
10+阅读 · 6月13日
乌克兰战场背后的新武器
专知会员服务
7+阅读 · 6月12日
基于博弈论的陆军人机协同(长文报告)
专知会员服务
13+阅读 · 6月12日
相关VIP内容
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26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
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
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
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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
【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
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26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 · 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
0+阅读 · 2011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