A classic result of Alon, Yuster, and Zwick (AYZ, Algorithmica 1997) shows that all $2k$-cycles in an $m$-edge graph can be listed in $\tilde O(m^{2-1/k}+t)$ time, where $t$ is the output size. This bound underlies the {\em submodular width} of Marx (JACM 2013) and the PANDA framework of Abo Khamis, Ngo, and Suciu (PODS 2017), which extend AYZ to arbitrary conjunctive queries with degree constraints. A central open question is whether combinatorial algorithms can beat the submodular-width barrier. Bringmann and Gorbachev (STOC 2025) gave lower-bound evidence that submodular width may be optimal for general conjunctive queries under combinatorial algorithms. The picture changes for $2k$-cycles on undirected graphs, whose queries have self-joins and symmetric EDBs: recent works improve on AYZ for even-cycle detection and listing. Pinning down the complexity of $C_{2k}$-detection and listing is thus a natural step toward overcoming the submodular-width barrier for such queries. For detection, Dahlgaard, Knudsen, and St{ö}ckel (STOC 2017) solved $C_{2k}$-detection in $\tilde O(m^{2k/(k+1)})$ time. Listing is harder. Jin and Xu (STOC 2023), and independently Abboud, Khoury, Leibowitz, and Safier (FSTTCS 2023), listed 4-cycles in $\tilde O(m^{4/3}+t)$ time; Vassilevska~Williams and Westover (ITCS 2025) listed 6-cycles in $\tilde O(m^{8/5}+t)$ time, improving the AYZ bounds of $\tilde O(m^{3/2})$ and $\tilde O(m^{5/3})$. The general case has remained open for 30 years. Building on these works, we list $2k$-cycles in $\tilde O(m^{(2k^2-k+1)/(k^2+1)}+t)$ time, improving AYZ for every $k\geq 3$. The key ingredient is an \emph{asymmetric supersaturation} result for even cycles. Our algorithms use only join and project operators over multiple tree-decomposition plans, making them naturally implementable in database systems, in contrast to prior BFS-based graph approaches.


翻译:Alon、Yuster和Zwick(AYZ,Algorithmica 1997)的经典结果表明,在具有$m$条边的图中,所有$2k$-环可在$\tilde O(m^{2-1/k}+t)$时间内被列举,其中$t$为输出规模。这一界限构成了Marx(JACM 2013)的{\em 子模宽度}及Abo Khamis、Ngo与Suciu(PODS 2017)的PANDA框架的基础——后者将AYZ方法推广至带度约束的任意合取查询。一个核心开放问题是组合算法能否突破子模宽度壁垒。Bringmann与Gorbachev(STOC 2025)给出了下界证据,表明对于一般合取查询,子模宽度在组合算法框架下可能具有最优性。然而对于无向图上的$2k$-环,情形有所不同:此类查询涉及自连接和对称EDB,近期研究已在偶数环检测与列举上改进了AYZ结果。因此,明确$C_{2k}$检测与列举的复杂性,成为突破此类查询子模宽度壁垒的自然步骤。在检测方面,Dahlgaard、Knudsen与Stöckel(STOC 2017)实现了$\tilde O(m^{2k/(k+1)})$时间内的$C_{2k}$检测。列举则更为困难。Jin与Xu(STOC 2023)以及独立工作的Abboud、Khoury、Leibowitz与Safier(FSTTCS 2023)在$\tilde O(m^{4/3}+t)$时间内列举了4-环;Vassilevska Williams与Westover(ITCS 2025)在$\tilde O(m^{8/5}+t)$时间内列举了6-环,分别改进了AYZ的$\tilde O(m^{3/2})$和$\tilde O(m^{5/3})$界。一般情形在三十年来始终悬而未决。基于上述工作,我们实现了$\tilde O(m^{(2k^2-k+1)/(k^2+1)}+t)$时间内列举$2k$-环,对每个$k\geq 3$均改进了AYZ结果。关键技术是偶数环的{\em 非对称过饱和}结论。与先前基于BFS的图算法不同,我们的算法仅使用多树分解计划上的连接与投影操作,使其天然适用于数据库系统实现。

0
下载
关闭预览

相关内容

STOC论文的典型但非排他性的主题包括基础领域,如算法和数据结构、计算复杂性、并行和分布式算法、量子计算、连续和离散优化、计算中的随机性、近似算法、组合数学和算法图论,密码学,计算几何,代数计算,逻辑计算应用,算法编码理论。典型的主题还包括计算和基础方面的领域,如机器学习,经济学,公平性,隐私,网络,数据管理和生物学。STOC鼓励那些拓宽计算理论研究范围,或提出可从理论调查和分析中受益的重要问题的论文。官网链接:http://acm-stoc.org/stoc2019/
必须收藏!MIT-Gilbert老爷子《矩阵图解》,一张图看透矩阵
专知会员服务
45+阅读 · 2020年9月3日
“推荐系统”加上“图神经网络”
机器学习与推荐算法
12+阅读 · 2020年3月23日
技术贴│R语言13种相关矩阵图
R语言中文社区
15+阅读 · 2018年11月26日
最新|深度离散哈希算法,可用于图像检索!
全球人工智能
14+阅读 · 2017年12月15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
1+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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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
1+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 6月1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
必须收藏!MIT-Gilbert老爷子《矩阵图解》,一张图看透矩阵
专知会员服务
45+阅读 · 2020年9月3日
相关资讯
相关基金
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
1+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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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
1+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员