One of the most important and well-studied settings for network design is edge-connectivity requirements. This encompasses uniform demands such as the Minimum $k$-Edge-Connected Spanning Subgraph problem as well as nonuniform demands such as the Survivable Network Design problem (SND). In a recent paper by [Dinitz, Koranteng, Kortsarz APPROX '22] , the authors observed that a weakness of these formulations is that it does not enable one to consider fault-tolerance in graphs that have just one small cut. To remedy this, they introduced new variants of these problems under the notion "relative" fault-tolerance. Informally, this requires not that two nodes are connected if there are a bounded number of faults (as in the classical setting), but that two nodes are connected if there are a bounded number of faults and the two nodes are connected in the underlying graph post-faults. The problem is already highly non-trivial even for the case of a single demand. Due to difficulties introduced by this new notion of fault-tolerance, the results in [Dinitz, Koranteng, Kortsarz APPROX '22] are quite limited. For the Relative Survivable Network Design problem (RSND), when the demands are not uniform they give a nontrivial result only when there is a single demand with a connectivity requirement of $3$: a non-optimal $27/4$-approximation. We strengthen this result in two significant ways: We give a $2$-approximation for RSND where all requirements are at most $3$, and a $2^{O(k^2)}$-approximation for RSND with a single demand of arbitrary value $k$. To achieve these results, we first use the "cactus representation'' of minimum cuts to give a lossless reduction to normal SND. Second, we extend the techniques of [Dinitz, Koranteng, Kortsarz APPROX '22] to prove a generalized and more complex version of their structure theorem, which we then use to design a recursive approximation algorithm.


翻译:标题:改进的相对可存活网络设计近似算法 摘要:网络设计中最重要且广泛研究的是边连通性要求。它包括一些均匀需求,如最小 $k$ 边连通生成子图问题,以及一些不均匀需求,比如可存活网络设计问题(SND)。在[Dinitz,Koranteng,Kortsarz APPROX '22]最近的一篇论文中,作者们发现这些定制无法考虑仅有一个小割的图的容错性。为了解决这个问题,他们在相对容错性的概念下引入了这些问题的新变种。简单地说,这并不是要求如果有有限数量的故障(与传统设置相同)两个节点之间就相互连通,而是要求如果存在有限数量的故障,并且两个节点在故障后在基础图中仍然连通,则这两个节点相互连通。即使对于单一需求的情况,该问题已经非常棘手。由于这种新的容错性概念引入的困难,[Dinitz,Koranteng,Kortsarz APPROX '22]中的结果非常有限。对于相对可生存网络设计问题(RSND),当需求不均匀时,他们仅在具有 $3$ 连通性要求的单一需求中提供一个不是最优的 $27/4$-近似。我们通过两种显著方法加强了这个结果:为所有需求至多为 $3$ 的 RSND 给出了一个 $2$-近似算法,为单一任意值为 $k$ 的需求的 RSND 给出了一个 $2^{O(k^2)}$-近似算法。为了实现这些结果,我们首先使用最小割的“仙人掌表示法”将其无损降级为常规 SND。其次,我们扩展[Dinitz,Koranteng,Kortsarz APPROX '22]的技术,证明了一个广义且更复杂的结构定理,然后使用其设计了一个递归近似算法。

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