We consider the massively parallel computation (MPC) model, which is a theoretical abstraction of large-scale parallel processing models such as MapReduce. In this model, assuming the widely believed 1-vs-2-cycles conjecture, solving many basic graph problems in $O(1)$ rounds with a strongly sublinear memory size per machine is impossible. We improve on the recent work of Holm and T\v{e}tek [SODA 2023] that bypass this barrier for problems when a planar embedding of the graph is given. In the previous work, on graphs of size $n$ with $O(n/\mathcal{S})$ machines, the memory size per machine needs to be at least $\mathcal{S} = n^{2/3+\Omega(1)}$, whereas we extend their work to the fully scalable regime, where the memory size per machine can be $\mathcal{S} = n^{\delta}$ for any constant $0< \delta < 1$. We give the first constant round fully scalable algorithms for embedded planar graphs for the problems of (i) connectivity and (ii) minimum spanning tree (MST). Moreover, we show that the $\varepsilon$-emulator of Chang, Krauthgamer, and Tan [STOC 2022] can be incorporated into our recursive framework to obtain constant-round $(1+\varepsilon)$-approximation algorithms for the problems of computing (iii) single source shortest path (SSSP), (iv) global min-cut, and (v) $st$-max flow. All previous results on cuts and flows required linear memory in the MPC model. Furthermore, our results give new algorithms for problems that implicitly involve embedded planar graphs. We give as corollaries constant round fully scalable algorithms for (vi) 2D Euclidean MST using $O(n)$ total memory and (vii) $(1+\varepsilon)$-approximate weighted edit distance using $\widetilde{O}(n^{2-\delta})$ memory. Our main technique is a recursive framework combined with novel graph drawing algorithms to compute smaller embedded planar graphs in constant rounds in the fully scalable setting.


翻译:我们考虑大规模并行计算(MPC)模型,该模型是对MapReduce等大规模并行处理模型的理论抽象。在该模型中,假设广泛接受的1-vs-2-cycles猜想成立,则在每台机器内存大小强次线性条件下,用$O(1)$轮解决许多基本图问题是不可能的。我们改进了Holm和T\v{e}tek [SODA 2023]的最新工作,该工作针对给定平面嵌入的图绕过这一障碍。先前工作中,对于规模为$n$、使用$O(n/\mathcal{S})$台机器的图,每台机器内存大小至少需要$\mathcal{S} = n^{2/3+\Omega(1)}$,而我们将他们的工作扩展到完全可扩展情形,其中每台机器内存大小可为任意常数$0< \delta < 1$下的$\mathcal{S} = n^{\delta}$。我们首次提出了嵌入平面图在以下问题上的常数轮完全可扩展算法:(i) 连通性 以及 (ii) 最小生成树(MST)。此外,我们证明Chang、Krauthgamer和Tan [STOC 2022]的$\varepsilon$-仿真器可融入我们的递归框架,从而获得以下问题的常数轮$(1+\varepsilon)$-近似算法:(iii) 单源最短路径(SSSP),(iv) 全局最小割,以及 (v) $st$-最大流。所有此前关于割和流的结果在MPC模型中都需要线性内存。进一步地,我们的结果为隐式涉及嵌入平面图的问题提供了新算法。作为推论,我们给出了以下常数轮完全可扩展算法:(vi) 使用$O(n)$总内存的二维欧几里得最小生成树,以及 (vii) 使用$\widetilde{O}(n^{2-\delta})$内存的$(1+\varepsilon)$-近似加权编辑距离。我们的主要技术是一个递归框架,结合新颖的图绘制算法,在完全可扩展设置下于常数轮内计算更小的嵌入平面图。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
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
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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
0+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
SAT-Based Algorithms for Regular Graph Pattern Matching
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月15日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月14日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30日
VIP会员
最新内容
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
6+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
0+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
2+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
0+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
0+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
0+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
5+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
8+阅读 · 6月9日
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
6+阅读 · 6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
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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
0+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