A classic 1993 paper by Alth\H{o}fer et al. proved a tight reduction from spanners, emulators, and distance oracles to the extremal function $\gamma$ of high-girth graphs. This paper initiated a large body of work in network design, in which problems are attacked by reduction to $\gamma$ or the analogous extremal function for other girth concepts. In this paper, we introduce and study a new girth concept that we call the bridge girth of path systems, and we show that it can be used to significantly expand and improve this web of connections between girth problems and network design. We prove two kinds of results: 1) We write the maximum possible size of an $n$-node, $p$-path system with bridge girth $>k$ as $\beta(n, p, k)$, and we write a certain variant for "ordered" path systems as $\beta^*(n, p, k)$. We identify several arguments in the literature that implicitly show upper or lower bounds on $\beta, \beta^*$, and we provide some polynomially improvements to these bounds. In particular, we construct a tight lower bound for $\beta(n, p, 2)$, and we polynomially improve the upper bounds for $\beta(n, p, 4)$ and $\beta^*(n, p, \infty)$. 2) We show that many state-of-the-art results in network design can be recovered or improved via black-box reductions to $\beta$ or $\beta^*$. Examples include bounds for distance/reachability preservers, exact hopsets, shortcut sets, the flow-cut gaps for directed multicut and sparsest cut, an integrality gap for directed Steiner forest. We believe that the concept of bridge girth can lead to a stronger and more organized map of the research area. Towards this, we leave many open problems, related to both bridge girth reductions and extremal bounds on the size of path systems with high bridge girth.


翻译:由 Alth\ H{ o} falfer 等人撰写的经典1993 年的论文证明, 由光栅、 模拟器、 距离或触角到 Exterremal 函数的大幅减缩 $\ gamma$ 高重度图形。 本文在网络设计中引发了一大堆工作, 其中问题通过降为 $\ gamma$ 或其它 girth 概念的类似 extremal 函数而受到攻击 。 在本文中, 我们引入并研究一个新的 girth 概念, 即我们称之为路径系统的桥梁 girt girth, 模拟器, 显示它可以大幅扩大和改进 greadral 和网络设计结果之间的连接网际 。 我们证明两种结果:(1) 我们写出最大可能的 $nnonode, $proad- preadmals ladeal developments $rations $ nice, pentibetrodude, preal- betrode, ex a we dedeal- we mission, ex ex exbs, ex a we detats, exbs be a extrodustrate.

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