In this paper, we study a slightly different definition of popularity in bipartite graphs $G=(U,W,E)$ with two-sided preferences, when ties are present in the preference lists. This is motivated by the observation that if an agent $u$ is indifferent between his original partner $w$ in matching $M$ and his new partner $w'\ne w$ in matching $N$, then he may probably still prefer to stay with his original partner, as change requires effort, so he votes for $M$ in this case, instead of being indifferent. We show that this alternative definition of popularity, which we call weak-popularity allows us to guarantee the existence of such a matching and also to find a weakly-popular matching in polynomial-time that has size at least $\frac{3}{4}$ the size of the maximum weakly popular matching. We also show that this matching is at least $\frac{4}{5}$ times the size of the maximum (weakly) stable matching, so may provide a more desirable solution than the current best (and tight under certain assumptions) $\frac{2}{3}$-approximation for such a stable matching. We also show that unfortunately, finding a maximum size weakly popular matching is NP-hard, even with one-sided ties and that assuming some complexity theoretic assumptions, the $\frac{3}{4}$-approximation bound is tight. Then, we study a more general model than weak-popularity, where for each edge, we can specify independently for both endpoints the size of improvement the endpoint needs to vote in favor of a new matching $N$. We show that even in this more general model, a so-called $\gamma$-popular matching always exists and that the same positive results still hold. Finally, we define an other, stronger variant of popularity, called super-popularity, where even a weak improvement is enough to vote in favor of a new matching. We show that for this case, even the existence problem is NP-hard.


翻译:本文研究带双边偏好且偏好列表存在平局的二分图$G=(U,W,E)$中流行性的一个略有不同的定义。这一动机源于以下观察:若代理$u$对匹配$M$中的原伴侣$w$与匹配$N$中的新伴侣$w'\ne w$无差异,则其可能仍倾向于维持原伴侣关系,因为变更需要付出努力,故在此情况下该代理将投票支持$M$而非保持中立。我们证明这种称为弱流行性的替代定义能够保证此类匹配的存在性,并且可在多项式时间内找到规模至少为最大弱流行匹配$\frac{3}{4}$的弱流行匹配。我们还证明该匹配规模至少为最大(弱)稳定匹配的$\frac{4}{5}$倍,因此相比当前最佳(且在特定假设下紧界)的$\frac{2}{3}$近似稳定匹配,可能提供更理想的解。研究同时表明,即使仅存在单边平局,寻找最大规模弱流行匹配仍是NP难问题,且在若干复杂性理论假设下,$\frac{3}{4}$近似界是紧的。随后我们研究比弱流行性更一般的模型,其中对每条边可独立指定两端点支持新匹配$N$所需的最小改进幅度。证明即使在此更一般模型中,所谓$\gamma$-流行匹配始终存在,且前述正向结论依然成立。最后,我们定义另一种更强的流行性变体——超流行性,其中即使微弱改进也足以支持新匹配。研究表明该情形下连存在性判定问题都是NP难的。

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