Very recently, Khoury and Schild [FOCS 2025] showed that any randomized LOCAL algorithm that solves maximal matching requires $Ω(\min\{\log Δ, \log_Δn\})$ rounds, where $n$ is the number of nodes in the graph and $Δ$ is the maximum degree. This result is shown through a new technique, called round elimination via self-reduction. The lower bound proof is beautiful and presents very nice ideas. However, it spans more than 25 pages of technical details, and hence it is hard to digest and generalize to other problems. Historically, the simplification of proofs and techniques has marked an important turning point in our understanding of the complexity of graph problems. Our paper makes a step forward towards this direction, and provides the following contributions. 1. We present a short and simplified version of the round elimination via self-reduction technique. The simplification of this technique enables us to obtain the following two hardness results. 2. We show that any randomized LOCAL algorithm that solves the maximal $b$-matching problem requires $Ω(\min\{\log_{1+b}Δ, \log_Δn\})$ and $Ω(\sqrt{\log_{1+b} n})$ rounds. We recall that the $b$-matching problem is a generalization of the matching problem where each vertex can have up to $b$ incident edges in the matching. As a corollary, for $b=1$, we obtain a short proof for the maximal matching lower bound shown by Khoury and Schild. 3. Finally, we show that any randomized LOCAL algorithm that properly colors the edges of a graph with $Δ+ k$ colors requires $Ω(\min\{\log Δ, \log_Δn\})$ and $Ω(\sqrt{\log n})$ rounds, for any $k\le Δ^{1-\varepsilon}$ and any constant $\varepsilon > 0$.


翻译:最近,Khoury和Schild [FOCS 2025] 证明任何解决最大匹配问题的随机化LOCAL算法需要$Ω(\min\{\log Δ, \log_Δn\})$轮,其中$n$是图中节点数,$Δ$是最大度数。该结果通过一种称为自归约轮消除的新技术证明。该下界证明非常优美且包含精妙思想,但涉及超过25页的技术细节,难以消化并推广到其他问题。历史上,证明和技术的简化标志着我们理解图问题复杂性的重要转折点。本文朝着这个方向迈进一步,并做出以下贡献:1. 我们提出了自归约轮消除技术的简短简化版本。该技术的简化使我们能够获得以下两个硬度结果。2. 我们证明任何解决最大$b$-匹配问题的随机化LOCAL算法需要$Ω(\min\{\log_{1+b}Δ, \log_Δn\})$轮和$Ω(\sqrt{\log_{1+b} n})$轮。$b$-匹配问题是匹配问题的推广,其中每个顶点在匹配中最多可以有$b$条关联边。作为推论,当$b=1$时,我们获得了Khoury和Schild所示最大匹配下界的简短证明。3. 最后,我们证明对于任意$k\le Δ^{1-\varepsilon}$和任意常数$\varepsilon > 0$,任何使用$Δ+ k$种颜色对图边进行正常着色的随机化LOCAL算法需要$Ω(\min\{\log Δ, \log_Δn\})$轮和$Ω(\sqrt{\log n})$轮。

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