We study sorting and searching in rounds, motivated by a cake cutting problem. The search problem we consider is: we are given an array $x = (x_1, \ldots, x_n)$ and an element $z$ promised to be in the array. We have access to an oracle that answers comparison queries: "How is $x_i$ compared to $x_j$?", where the answer can be "$<$", "$=$", or "$>$". The goal is to find the location of $z$ with success probability at least $p \in [0,1]$ in at most $k$ rounds of interaction with the oracle. The problem is called ordered or unordered search, depending on whether the array $x$ is sorted or unsorted, respectively. For ordered search, we show the expected query complexity of randomized algorithms is $\Theta\bigl(k\cdot p \cdot n^{1/k}\bigr)$ in the worst case. In contrast, the expected query complexity of deterministic algorithms searching for a uniformly random element is $\Theta\bigl(k\cdot p^{1/k} \cdot n^{1/k}\bigr)$. The uniform distribution is the worst case for deterministic algorithms. For unordered search, the expected query complexity of randomized algorithms is $np\bigl(\frac{k+1}{2k}\bigr) \pm 1$ in the worst case, while the expected query complexity of deterministic algorithms searching for a uniformly random element is $np \bigl(1 - \frac{k-1}{2k}p \bigr) \pm 1$. We also discuss the connections of these search problems to the rank query model, where the array $x$ can be accessed via queries of the form "Is rank$(x_i) \leq k$?". Unordered search is equivalent to Select with rank queries (given $q$, find $x_i$ with rank $q$) and ordered search to Locate with rank queries (given $x_i$, find its rank). We show an equivalence between sorting with rank queries and proportional cake cutting with contiguous pieces for any number of rounds, as well as an improved lower bound for deterministic sorting in rounds with rank queries.


翻译:以一个蛋糕切削问题为动机, 我们研究如何在回合中排序和搜索 。 我们考虑的搜索问题是: 我们得到一个数列 $$ = (x_ 1,\rdots, x_n) 美元, 而一个元素 $ 承诺在阵列中。 我们能够访问一个能解答比较查询的星座 : “ 如何x_ 美元相对于 $_j美元? ”, 答案可以是“ $ < 美元”、“ $ =美元 ”, 或“ $ > 。 目标是找到一个以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元 。

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