We show fast deterministic algorithms for fundamental problems on forests in the challenging low-space regime of the well-known Massive Parallel Computation (MPC) model. A recent breakthrough result by Coy and Czumaj [STOC'22] shows that, in this setting, it is possible to deterministically identify connected components on graphs in $O(\log D + \log\log n)$ rounds, where $D$ is the diameter of the graph and $n$ the number of nodes. The authors left open a major question: is it possible to get rid of the additive $\log\log n$ factor and deterministically identify connected components in a runtime that is completely independent of $n$? We answer the above question in the affirmative in the case of forests. We give an algorithm that identifies connected components in $O(\log D)$ deterministic rounds. The total memory required is $O(n+m)$ words, where $m$ is the number of edges in the input graph, which is optimal as it is only enough to store the input graph. We complement our upper bound results by showing that $\Omega(\log D)$ time is necessary even for component-unstable algorithms, conditioned on the widely believed 1 vs. 2 cycles conjecture. Our techniques also yield a deterministic forest-rooting algorithm with the same runtime and memory bounds. Furthermore, we consider Locally Checkable Labeling problems (LCLs), whose solution can be verified by checking the $O(1)$-radius neighborhood of each node. We show that any LCL problem on forests can be solved in $O(\log D)$ rounds with a canonical deterministic algorithm, improving over the $O(\log n)$ runtime of Brandt, Latypov and Uitto [DISC'21]. We also show that there is no algorithm that solves all LCL problems on trees asymptotically faster.


翻译:在具有挑战性的低空间模型中,我们对森林的根本问题展示了快速确定算法。Coy 和 Czumaj [STOC'22] 最近的一项突破结果显示,在这种环境下,我们有可能确定以美元(log D+\log\log\log n) 圆轮值计算的图表中连接的组件。 美元( D$) 是图形的直径, 美元( 美元) 是节点数。 作者留下了一个大问题: 在完全独立于美元( STOC' 22) 的运行时, 消除添加的 $( log\log\ log n$ ) 和确定性( MPC) 的自动计算法( MPC) 系数( MPC) 和 确定性地( MPC) 的连接组件? 我们用一种算法来识别以美元( 美元( log D) 和 美元( 美元( 美元) 等字数( 美元) 的总记忆可以考虑输入图中的边缘数, 最理想的是, 因为它只能储存到输入的货币( 美元) 美元( 美元) 美元) 也能够以美元( 美元) 平价( 平价) 平数( 我们的货币) 平数( 平数( ) 平分解) 平数( ) 平数( ) 平价) 的算) 。

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