We give a poly-time algorithm for the $k$-edge-connected spanning subgraph ($k$-ECSS) problem that returns a solution of cost no greater than the cheapest $(k+10)$-ECSS on the same graph. Our approach enhances the iterative relaxation framework with a new ingredient, which we call ghost values, that allows for high sparsity in intermediate problems. Our guarantees improve upon the best-known approximation factor of $2$ for $k$-ECSS whenever the optimal value of $(k+10)$-ECSS is close to that of $k$-ECSS. This is a property that holds for the closely related problem $k$-edge-connected spanning multi-subgraph ($k$-ECSM), which is identical to $k$-ECSS except edges can be selected multiple times at the same cost. As a consequence, we obtain a $\left(1+O\left(\frac{1}{k}\right)\right)$-approximation for $k$-ECSM, which resolves a conjecture of Pritchard and improves upon a recent $1+O\left(\frac{1}{k}\right)$ approximation of Karlin, Klein, Oveis Gharan, and Zhang. Moreover, we present a matching lower bound for $k$-ECSM, showing that our approximation ratio is tight up to the constant factor in $O\left(\frac{1}{k}\right)$, unless $P=NP$.


翻译:针对$k$边连通生成子图($k$-ECSS)问题,我们提出一种多项式时间算法,其返回的解成本不超过同一图上最廉价$(k+10)$-ECSS的解成本。该方法在迭代松弛框架中引入新要素——幽灵值(ghost values),使中间问题具有高度稀疏性。当$(k+10)$-ECSS最优值接近$k$-ECSS最优值时,我们的保证改进了$k$-ECSS已知最优近似因子$2$。该性质对密切相关问题$k$边连通生成多重子图($k$-ECSM)同样成立($k$-ECSM与$k$-ECSS的区别在于边可以相同成本多次选择)。由此,我们获得$k$-ECSM的$\left(1+O\left(\frac{1}{k}\right)\right)$-近似算法,解决了Pritchard的猜想,并改进了Karlin、Klein、Oveis Gharan与Zhang近期提出的$1+O\left(\frac{1}{k}\right)$近似。此外,我们给出$k$-ECSM的匹配下界,表明除非$P=NP$,否则我们的近似比在$O\left(\frac{1}{k}\right)$常数因子意义下紧确。

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