Klee's measure problem (computing the volume of the union of $n$ axis-parallel boxes in $\mathbb{R}^d$) is well known to have $n^{\frac{d}{2}\pm o(1)}$-time algorithms (Overmars, Yap, SICOMP'91; Chan FOCS'13). Only recently, a conditional lower bound (without any restriction to ``combinatorial'' algorithms) could be shown for $d=3$ (K\"unnemann, FOCS'22). Can this result be extended to a tight lower bound for dimensions $d\ge 4$? In this paper, we formalize the technique of the tight lower bound for $d=3$ using a combinatorial object we call prefix covering design. We show that these designs, which are related in spirit to combinatorial designs, directly translate to conditional lower bounds for Klee's measure problem and various related problems. By devising good prefix covering designs, we give the following lower bounds for Klee's measure problem in $\mathbb{R}^d$, the depth problem for axis-parallel boxes in $\mathbb{R}^d$, the largest-volume/max-perimeter empty (anchored) box problem in $\mathbb{R}^{2d}$, and related problems: - $\Omega(n^{1.90476})$ for $d=4$, - $\Omega(n^{2.22222})$ for $d=5$, - $\Omega(n^{d/3 + 2\sqrt{d}/9-o(\sqrt{d})})$ for general $d$, assuming the 3-uniform hyperclique hypothesis. For Klee's measure problem and the depth problem, these bounds improve previous lower bounds of $\Omega(n^{1.777...}), \Omega(n^{2.0833...})$ and $\Omega(n^{d/3 + 1/3 + \Theta(1/d)})$ respectively. Our improved prefix covering designs were obtained by (1) exploiting a computer-aided search using problem-specific insights as well as SAT solvers, and (2) showing how to transform combinatorial covering designs known in the literature to strong prefix covering designs. In contrast, we show that our lower bounds are close to best possible using this proof technique.


翻译:Klee度量问题(计算$\mathbb{R}^d$中$n$个轴平行盒并集的体积)已知存在时间复杂度为$n^{\frac{d}{2}\pm o(1)}$的算法(Overmars, Yap, SICOMP'91;Chan FOCS'13)。直到最近,才针对$d=3$的情况证明了条件性下界(不限制为“组合”算法)(Künnemann, FOCS'22)。这一结果能否推广至$d\ge 4$维的紧下界?本文通过引入名为前缀覆盖设计的组合对象,形式化了$d=3\)维紧下界的技术。我们证明,这些在精神上与组合设计相关的结构可直接转化为Klee度量问题及若干相关问题的条件性下界。通过构造优秀的前缀覆盖设计,我们为$\mathbb{R}^d$中的Klee度量问题、$\mathbb{R}^d$中轴平行盒的深度问题、$\mathbb{R}^{2d}$中的最大体积/最大周长空(锚定)盒问题及相关问题给出如下下界:- 对于$d=4$,$\Omega(n^{1.90476})$;- 对于$d=5$,$\Omega(n^{2.22222})$;- 对于一般$d$,$\Omega(n^{d/3 + 2\sqrt{d}/9-o(\sqrt{d})})$,这些下界均基于3-均匀超团假设。对于Klee度量问题和深度问题,这些下界分别改进了先前的$\Omega(n^{1.777...})$、$\Omega(n^{2.0833...})$及$\Omega(n^{d/3 + 1/3 + \Theta(1/d)})$下界。我们改进的前缀覆盖设计通过以下方式获得:(1) 结合问题特定洞察与SAT求解器进行计算机辅助搜索;(2) 证明如何将文献中已知的组合覆盖设计转化为强前缀覆盖设计。相比之下,我们证明该证明技术所取得的下界已接近最优。

0
下载
关闭预览

相关内容

设计是对现有状的一种重新认识和打破重组的过程,设计让一切变得更美。
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
52+阅读 · 2021年8月8日
机器学习组合优化
专知会员服务
111+阅读 · 2021年2月16日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10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
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+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
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5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
跨越注意力:Cross-Attention
我爱读PAMI
172+阅读 · 2018年6月2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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月5日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月3日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月3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
1+阅读 · 今天14:45
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
3+阅读 · 今天13:50
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
2+阅读 · 今天13:33
相关VIP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
52+阅读 · 2021年8月8日
机器学习组合优化
专知会员服务
111+阅读 · 2021年2月16日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10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
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9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
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5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
跨越注意力:Cross-Attention
我爱读PAMI
172+阅读 · 2018年6月2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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+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
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