The Spanning Tree Congestion (STC) problem is the following NP-hard problem: given a graph $G$, construct a spanning tree $T$ of $G$ minimizing its maximum edge congestion where the congestion of an edge $e\in T$ is the number of edges $uv$ in $G$ such that the unique path between $u$ and $v$ in $T$ passes through $e$; the optimal value for a given graph $G$ is denoted $STC(G)$. It is known that every spanning tree is an $n/2$-approximation for the STP problem. A long-standing problem is to design a better approximation algorithm. Our contribution towards this goal is an $O(Δ\cdot\log^{3/2}n)$-approximation algorithm where $Δ$ is the maximum degree in $G$ and $n$ the number of vertices. For graphs with a maximum degree bounded by a polylog of the number of vertices, this is an exponential improvement over the previous best approximation. Our main tool for the algorithm is a new lower bound on the spanning tree congestion which is of independent interest. Denoting by $hb(G)$ the hereditary bisection of $G$ which is the maximum bisection width over all subgraphs of $G$, we prove that for every graph $G$, $STC(G)\geq Ω(hb(G)/Δ)$.


翻译:生成树拥塞(STC)问题为以下NP困难问题:给定图$G$,构造其生成树$T$,使得最大边拥塞度最小化,其中边$e\in T$的拥塞度定义为$G$中满足$u$与$v$在$T$中唯一路径经过$e$的边$uv$的数量;给定图$G$的最优值记为$STC(G)$。已知任意生成树均为STP问题的$n/2$近似算法。设计更优近似算法是长期存在的难题。我们对此目标的贡献在于提出一种$O(Δ\cdot\log^{3/2}n)$近似算法,其中$Δ$为$G$的最大度数,$n$为顶点数。对于最大度数受顶点数多对数函数限制的图,该算法相较于此前最优近似实现了指数级改进。我们算法的核心工具是生成树拥塞的新下界,该下界具有独立研究价值。用$hb(G)$表示$G$的遗传二分值(即$G$所有子图的最大二等分宽度),我们证明对于任意图$G$,有$STC(G)\geq Ω(hb(G)/Δ)$。

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