We design and implement two single-pass semi-streaming algorithms for the maximum weight $k$-disjoint matching ($k$-DM) problem. Given an integer $k$, the $k$-DM problem is to find $k$ pairwise edge-disjoint matchings such that the sum of the weights of the matchings is maximized. For $k \geq 2$, this problem is NP-hard. Our first algorithm is based on the primal-dual framework of a linear programming relaxation of the problem and is $\frac{1}{3+\varepsilon}$-approximate. We also develop an approximation preserving reduction from $k$-DM to the maximum weight $b$-matching problem. Leveraging this reduction and an existing semi-streaming $b$-matching algorithm, we design a $\frac{k}{(2+\varepsilon)(k+1)}$-approximate semi-streaming algorithm for $k$-DM. For any constant $\varepsilon > 0$, both of these algorithms require $O(nk \log_{1+\varepsilon}^2 n)$ bits of space. To the best of our knowledge, this is the first study of semi-streaming algorithms for the $k$-DM problem. We compare our two algorithms to state-of-the-art offline algorithms on 82 real-world and synthetic test problems. On the smaller instances, our streaming algorithms used significantly less memory (ranging from 6$\times$ to 114$\times$ less) and were faster in runtime than the offline algorithms. Our solutions were often within 5\% of the best weights from the offline algorithms. On a collection of six large graphs with a memory limit of 1 TB and with $k=8$, the offline algorithms terminated only on one graph (mycielskian20). The best offline algorithm on this instance required 640 GB of memory and 20 minutes to complete. In contrast, our slowest streaming algorithm for this instance took under four minutes and produced a matching that was 18\% better in weight, using only 1.4 GB of memory.


翻译:我们设计并实现了两种针对最大权值$k$不交匹配(k-DM)问题的单遍半流式算法。给定整数$k$,k-DM问题需找到$k$个两两边不交的匹配,使得各匹配权值之和最大化。对于$k \geq 2$,该问题为NP难问题。我们的第一种算法基于问题线性规划松弛的原始-对偶框架,其近似比为$\frac{1}{3+\varepsilon}$。我们还建立了从k-DM到最大权值b-匹配问题的保近似归约。利用该归约及现有的半流式b-匹配算法,我们设计了一种$\frac{k}{(2+\varepsilon)(k+1)}$-近似的半流式k-DM算法。对于任意常数$\varepsilon > 0$,这两种算法均需$O(nk \log_{1+\varepsilon}^2 n)$比特空间。据我们所知,这是首个针对k-DM问题的半流式算法研究。我们在82个真实与合成测试问题上将两种算法与最先进的离线算法进行了对比。在较小实例上,我们的流式算法相比离线算法显著减少内存使用(低6倍至114倍),且运行速度更快。我们的解权值通常不超过离线算法最优解的5%。在一组包含六个大规模图(内存限制1TB,k=8)的测试中,离线算法仅在一个图(mycielskian20)上成功终止。该实例的最佳离线算法需640GB内存及20分钟完成。相比之下,我们最慢的流式算法在该实例上耗时不足四分钟,仅使用1.4GB内存,产生的匹配权值反而高18%。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+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
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
2+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
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月19日
VIP会员
最新内容
驱动军事决策变革的顶尖人工智能指挥系统
专知会员服务
7+阅读 · 8月11日
非对称防御中的自组织临界性:俄乌战争
专知会员服务
10+阅读 · 8月10日
《战争中的大语言模型监管》
专知会员服务
13+阅读 · 8月10日
《边缘计算关键技术分析及美军作战实践应用》
边缘计算的军事应用
专知会员服务
12+阅读 · 8月9日
一种考虑资源机动性的武器目标分配混合算法
专知会员服务
13+阅读 · 8月8日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+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
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
2+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
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员