We present a general toolbox, based on new vertex sparsifiers, for designing data structures to maintain shortest paths in dynamic graphs. In an $m$-edge graph undergoing edge insertions and deletions, our data structures give the first algorithms for maintaining (a) $m^{o(1)}$-approximate all-pairs shortest paths (APSP) with \emph{worst-case} update time $m^{o(1)}$ and query time $\tilde{O}(1)$, and (b) a tree $T$ that has diameter no larger than a subpolynomial factor times the diameter of the underlying graph, where each update is handled in amortized subpolynomial time. In graphs undergoing only edge deletions, we develop a simpler and more efficient data structure to maintain a $(1+\epsilon)$-approximate single-source shortest paths (SSSP) tree $T$ in a graph undergoing edge deletions in amortized time $m^{o(1)}$ per update. Our data structures are deterministic. The trees we can maintain are not subgraphs of $G$, but embed with small edge congestion into $G$. This is in stark contrast to previous approaches and is useful for algorithms that internally use trees to route flow. To illustrate the power of our new toolbox, we show that our SSSP data structure gives simple deterministic implementations of flow-routing MWU methods in several contexts, where previously only randomized methods had been known. To obtain our toolbox, we give the first algorithm that, given a graph $G$ undergoing edge insertions and deletions and a dynamic terminal set $A$, maintains a vertex sparsifier $H$ that approximately preserves distances between terminals in $A$, consists of at most $|A|m^{o(1)}$ vertices and edges, and can be updated in worst-case time $m^{o(1)}$. Crucially, our vertex sparsifier construction allows us to maintain a low edge-congestion embedding of $H$ into $G$, which is needed for our applications.


翻译:我们提出一个基于新型顶点稀疏化的通用工具箱,用于设计动态图中维护最短路径的数据结构。在经历边插入和删除的$m$边图中,我们的数据结构首次实现了以下算法:(a) 具有*最坏情况*更新时间为$m^{o(1)}$、查询时间为$\tilde{O}(1)$的$m^{o(1)}$-近似全源最短路径(APSP),以及(b) 一棵直径不超过底层图直径次多项式因子的树$T$,每次更新在均摊次多项式时间内完成。在仅经历边删除的图中,我们设计了一种更简单高效的数据结构,可在每次更新均摊时间$m^{o(1)}$内维护一棵$(1+\epsilon)$-近似单源最短路径(SSSP)树$T$。我们的数据结构是确定性的。所维护的树并非$G$的子图,而是以低边拥塞嵌入到$G$中。这与先前方法形成鲜明对比,且对内部使用树进行流路由的算法尤为实用。为展示新工具箱的能力,我们证明SSSP数据结构可在多种场景下为流路由MWU方法提供简单确定性实现——此前仅已知随机化方法。为构建该工具箱,我们提出首个算法:给定经历边插入和删除的图$G$与动态终端集$A$,可维护顶点稀疏化$H$,其近似保留$A$中终端间距离、包含至多$|A|m^{o(1)}$个顶点和边,且可在最坏情况时间$m^{o(1)}$内更新。关键的是,我们的顶点稀疏化构造支持将$H$以低边拥塞嵌入$G$,这对其应用至关重要。

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
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
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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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 · 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
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
3+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 6月17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
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
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
相关资讯
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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 · 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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员