In the maximum coverage problem, we are given subsets $T_1, \ldots, T_m$ of a universe $[n]$ along with an integer $k$ and the objective is to find a subset $S \subseteq [m]$ of size $k$ that maximizes $C(S) := \Big|\bigcup_{i \in S} T_i\Big|$. It is a classic result that the greedy algorithm for this problem achieves an optimal approximation ratio of $(1-e^{-1})$. In this work we consider a generalization of this problem wherein an element $a$ can contribute by an amount that depends on the number of times it is covered. Given a concave, nondecreasing function $\varphi$, we define $C^{\varphi}(S) := \sum_{a \in [n]}w_a\varphi(|S|_a)$, where $|S|_a = |\{i \in S : a \in T_i\}|$. The standard maximum coverage problem corresponds to taking $\varphi(j) = \min\{j,1\}$. For any such $\varphi$, we provide an efficient algorithm that achieves an approximation ratio equal to the Poisson concavity ratio of $\varphi$, defined by $\alpha_{\varphi} := \min_{x \in \mathbb{N}^*} \frac{\mathbb{E}[\varphi(\text{Poi}(x))]}{\varphi(\mathbb{E}[\text{Poi}(x)])}$. Complementing this approximation guarantee, we establish a matching NP-hardness result when $\varphi$ grows in a sublinear way. As special cases, we improve the result of [Barman et al., IPCO, 2020] about maximum multi-coverage, that was based on the unique games conjecture, and we recover the result of [Dudycz et al., IJCAI, 2020] on multi-winner approval-based voting for geometrically dominant rules. Our result goes beyond these special cases and we illustrate it with applications to distributed resource allocation problems, welfare maximization problems and approval-based voting for general rules.


翻译:在最大覆盖范围问题中,我们被给出子集 $T_ 1,\ lidots, t_m$美元 宇宙 $n 和整数 美元, 目标是找到一个子集 S\ subseteq 美元, 以最大规模 $C (S) : =\ Big\ bigcup ⁇ i \ in S} T_ i\ big} 美元。 一个典型的结果是, 这一问题的贪婪算法 达到 $( i- e} -1} 美元) 的最佳近似比率 。 在这项工作中, 一个元素 $( 美元) 可以贡献多少取决于它覆盖多少次 。 鉴于一个振动, 不声明的函数 $ $(S), 我们定义这些结果 = = = a busn, max max max a brodeal max 。

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