In this paper, we consider the problem of clustering graph nodes and sparsifying graph edges over distributed graphs, when graph edges with possibly edge duplicates are observed at physically remote sites. Although edge duplicates across different sites appear to be beneficial at the first glance, in fact they could make the clustering and sparsification more complicated since potentially their processing would need extra computations and communications. We propose the first communication-optimal algorithms for two well-established communication models namely the message passing and the blackboard models. Specifically, given a graph on $n$ nodes with edges observed at $s$ sites, our algorithms achieve communication costs $\tilde{O}(ns)$ and $\tilde{O}(n+s)$ ($\tilde{O}$ hides a polylogarithmic factor), which almost match their lower bounds, $\Omega(ns)$ and $\Omega(n+s)$, in the message passing and the blackboard models respectively. The communication costs are asymptotically the same as those under non-duplication models, under an assumption on edge distribution. Our algorithms can also guarantee clustering quality nearly as good as that of centralizing all edges and then applying any standard clustering algorithm. Moreover, we perform the first investigation of distributed constructions of graph spanners in the blackboard model. We provide almost matching communication lower and upper bounds for both multiplicative and additive spanners. For example, the communication lower bounds of constructing a $(2k-1)$-spanner in the blackboard with and without duplication models are $\Omega(s+n^{1+1/k}\log s)$ and $\Omega(s+n^{1+1/k}\max\{1,s^{-1/2-1/(2k)}\log s\})$ respectively, which almost match the upper bound $\tilde{O}(s+n^{1+1/k})$ for both models.


翻译:本文研究在分布式图场景中,当图边可能包含跨物理远程站点的重复边时,如何对图节点进行聚类与边稀疏化。尽管跨站点的重复边看似有益,但实际上它们可能使聚类和稀疏化过程复杂化,因为处理重复边需要额外的计算与通信开销。我们针对两种主流通信模型——消息传递模型与黑板模型——首次提出了通信最优算法。具体而言,给定一个包含n个节点的图,其边分布在s个站点上,我们的算法在上述两种模型下分别实现通信成本Ñ(ns)和Ñ(n+s)(Ñ表示隐藏多对数因子),几乎匹配其下界Ω(ns)和Ω(n+s)。在边分布假设下,该通信成本与无重复边模型的渐近性能一致。我们的算法还能保证聚类质量接近将所有边集中后应用标准聚类算法所得结果。此外,我们首次在黑板模型下研究了分布式图扳手构造问题,给出了乘法扳手与加法扳手的通信下界与上界几乎匹配的结论。例如,在有/无重复边模型下的黑板中构造(2k-1)-扳手的通信下界分别为Ω(s+n^{1+1/k} log s)与Ω(s+n^{1+1/k} max{1, s^{-1/2-1/(2k)} log s}),均几乎匹配两种模型的上界Ñ(s+n^{1+1/k})。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
55+阅读 · 2020年9月7日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18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
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
深度学习医学图像分析文献集
机器学习研究会
19+阅读 · 2017年10月13日
国家自然科学基金
1+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 · 2013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
1+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
Arxiv
13+阅读 · 2021年10月22日
VIP会员
最新内容
《人工智能在网络防御中的机遇》
专知会员服务
2+阅读 · 今天12:49
认知战:定义与能力发展
专知会员服务
4+阅读 · 今天9:25
乌军利用美国“黄蜂”无人机摧毁俄军后勤
专知会员服务
7+阅读 · 6月7日
《支持作战级人机协同智能的交互式OODA流程》
专知会员服务
15+阅读 · 6月7日
ICML 2026 | SARDI:扩散语言模型的自增强检索
专知会员服务
8+阅读 · 6月6日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18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
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
深度学习医学图像分析文献集
机器学习研究会
19+阅读 · 2017年10月13日
相关基金
国家自然科学基金
1+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 · 2013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
1+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员