We consider the k-diameter clustering problem, where the goal is to partition a set of points in a metric space into $k$ clusters, minimizing the maximum distance between any two points in the same cluster. In general metrics, k-diameter is known to be NP-hard, while it has a $2$-approximation algorithm (Gonzalez'85). Complementing this algorithm, it is known that k-diameter is NP-hard to approximate within a factor better than $2$ in the $\ell_1$ and $\ell_\infty$ metrics, and within a factor of $1.969$ in the $\ell_2$ metric (Feder-Greene'88). When $k\geq 3$ is fixed, k-diameter remains NP-hard to approximate within a factor better than $2$ in the $\ell_\infty$ metric (Megiddo'90). However, its approximability in this setting has not previously been studied in the $\ell_1$ and $\ell_2$ metrics, though a $1.415$-approximation algorithm in the $\ell_2$ metric follows from a known result (Badoiu et al.'02). In this paper, we address the remaining gap by showing new hardness of approximation results that hold even when $k=3$. Specifically, we prove that 3-diameter is NP-hard to approximate within a factor better than $1.5$ in the $\ell_1$ metric, and within a factor of $1.304$ in the $\ell_2$ metric.


翻译:我们考虑k-直径聚类问题,其目标是将度量空间中的一组点划分为$k$个簇,最小化同一簇中任意两点之间的最大距离。在一般度量空间中,k-直径已知是NP难的,但存在一个$2$-近似算法(Gonzalez'85)。作为对该算法的补充,已知在$\ell_1$和$\ell_\infty$度量中,k-直径在优于$2$的因子内近似是NP难的,而在$\ell_2$度量中,该因子为$1.969$(Feder-Greene'88)。当$k\geq 3$固定时,k-直径在$\ell_\infty$度量中仍然在优于$2$的因子内近似是NP难的(Megiddo'90)。然而,在$\ell_1$和$\ell_2$度量中,该场景下的可近似性此前尚未被研究,尽管在$\ell_2$度量中存在一个$1.415$-近似算法来自已知结果(Badoiu et al.'02)。在本文中,我们通过展示新的硬度近似结果来填补这一空白,这些结果即使在$k=3$时也成立。具体而言,我们证明在$\ell_1$度量中,3-直径在优于$1.5$的因子内近似是NP难的,而在$\ell_2$度量中,该因子为$1.304$。

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