This work, for the first time, introduces two constant factor approximation algorithms with linear query complexity for non-monotone submodular maximization over a ground set of size $n$ subject to a knapsack constraint, $\mathsf{DLA}$ and $\mathsf{RLA}$. $\mathsf{DLA}$ is a deterministic algorithm that provides an approximation factor of $6+\epsilon$ while $\mathsf{RLA}$ is a randomized algorithm with an approximation factor of $4+\epsilon$. Both run in $O(n \log(1/\epsilon)/\epsilon)$ query complexity. The key idea to obtain a constant approximation ratio with linear query lies in: (1) dividing the ground set into two appropriate subsets to find the near-optimal solution over these subsets with linear queries, and (2) combining a threshold greedy with properties of two disjoint sets or a random selection process to improve solution quality. In addition to the theoretical analysis, we have evaluated our proposed solutions with three applications: Revenue Maximization, Image Summarization, and Maximum Weighted Cut, showing that our algorithms not only return comparative results to state-of-the-art algorithms but also require significantly fewer queries.


翻译:本文首次提出了两个具有线性查询复杂度的常数因子近似算法,用于处理在大小为$n$的基集上受背包约束的非单调子模最大化问题,即$\mathsf{DLA}$和$\mathsf{RLA}$。其中,$\mathsf{DLA}$是一种确定性算法,提供$6+\epsilon$的近似因子;而$\mathsf{RLA}$是一种随机算法,提供$4+\epsilon$的近似因子。两种算法的查询复杂度均为$O(n \log(1/\epsilon)/\epsilon)$。实现线性查询下常数近似比的关键思路在于:(1) 将基集划分为两个合适的子集,通过线性查询在这些子集上找到近优解;(2) 将阈值贪心算法与两个不相交集的性质或随机选择过程相结合,以提升解的质量。除理论分析外,我们将所提方案应用于三个场景:收益最大化、图像摘要和最大加权割,结果表明我们的算法不仅能够获得与最先进算法相当的结果,而且所需查询次数显著更少。

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