We present a \emph{deterministic exact algorithm} for the \emph{minimum $k$-cut problem} on simple graphs. Our approach combines the \emph{principal sequence of partitions (PSP)}, derived canonically from ideal loads, with a single level of \emph{Kawarabayashi--Thorup (KT)} contractions at the critical PSP threshold~$λ_j$. Let $j$ be the smallest index with $κ(P_j)\ge k$ and $R := k - κ(P_{j-1})$. We prove a structural decomposition theorem showing that an optimal $k$-cut can be expressed as the level-$(j\!-\!1)$ boundary $A_{\le j-1}$ together with exactly $(R-r)$ \emph{non-trivial} internal cuts of value at most~$λ_j$ and $r$ \emph{singleton isolations} (``islands'') inside the parts of~$P_{j-1}$. At this level, KT contractions yield kernels of total size $\widetilde{O}(n / λ_j)$, and from them we build a \emph{canonical border family}~$\mathcal{B}$ of the same order that deterministically covers all optimal refinement choices. Branching only over~$\mathcal{B}$ (and also including an explicit ``island'' branch) gives total running time $$ T(n,m,k) = \widetilde{O}\left(\mathrm{poly}(m)+\Bigl(\tfrac{n}{λ_j}+n^{ω/3}\Bigr)^{R}\right), $$ where $ω< 2.373$ is the matrix multiplication exponent. In particular, if $λ_j \ge n^{\varepsilon}$ for some constant $\varepsilon > 0$, we obtain a \emph{deterministic sub-$n^k$-time algorithm}, running in $n^{(1-\varepsilon)(k-1)+o(k)}$ time. Finally, combining our PSP$\times$KT framework with a small-$λ$ exact subroutine via a simple meta-reduction yields a deterministic $n^{c k+O(1)}$ algorithm for $c = \max\{ t/(t+1), ω/3 \} < 1$, aligning with the exponent in the randomized bound of He--Li (STOC~2022) under the assumed subroutine.


翻译:本文针对简单图上的最小k割问题提出了一种确定性精确算法。我们的方法结合了从理想负载规范导出的主划分序列,以及在关键PSP阈值λ_j处进行的单层Kawarabayashi-Thorup收缩。令j为满足κ(P_j)≥k的最小索引,且R := k - κ(P_{j-1})。我们证明了一个结构分解定理:最优k割可表示为层级(j-1)边界A_{≤j-1},加上恰好(R-r)个值至多为λ_j的非平凡内部割,以及P_{j-1}各部分内部的r个单点隔离("孤岛")。在此层级,KT收缩产生总规模为Õ(n/λ_j)的核心子图,并由此构建同阶数的规范边界族B,该族能确定性覆盖所有最优细化选择。仅对B进行分支(同时包含显式"孤岛"分支)得到的总运行时间为: T(n,m,k) = Õ(poly(m) + (n/λ_j + n^{ω/3})^R), 其中ω < 2.373为矩阵乘法指数。特别地,若对某个常数ε > 0满足λ_j ≥ n^ε,则可获得确定性亚n^k时间算法,其运行时间为n^{(1-ε)(k-1)+o(k)}。最后,通过简单元归约将我们的PSP×KT框架与小λ精确子程序相结合,得到确定性n^{ck+O(1)}算法,其中c = max{t/(t+1), ω/3} < 1,该指数与He--Li(STOC 2022)在假设子程序下的随机化界限中的指数保持一致。

0
下载
关闭预览

相关内容

在数学和计算机科学之中,算法(Algorithm)为一个计算的具体步骤,常用于计算、数据处理和自动推理。精确而言,算法是一个表示为有限长列表的有效方法。算法应包含清晰定义的指令用于计算函数。 来自维基百科: 算法
【ICLR2022】GNN-LM基于全局信息的图神经网络语义理解模型
NeurIPS 2021 | 寻找用于变分布泛化的隐式因果因子
专知会员服务
17+阅读 · 2021年12月7日
专知会员服务
20+阅读 · 2021年9月12日
图节点嵌入(Node Embeddings)概述,9页pdf
专知会员服务
40+阅读 · 2020年8月22日
图节点嵌入(Node Embeddings)概述,9页pdf
专知
15+阅读 · 2020年8月22日
【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
详解常见的损失函数
七月在线实验室
20+阅读 · 2018年7月12日
条件概率和贝叶斯公式 - 图解概率 03
遇见数学
10+阅读 · 2018年6月5日
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
【ICLR2022】GNN-LM基于全局信息的图神经网络语义理解模型
NeurIPS 2021 | 寻找用于变分布泛化的隐式因果因子
专知会员服务
17+阅读 · 2021年12月7日
专知会员服务
20+阅读 · 2021年9月12日
图节点嵌入(Node Embeddings)概述,9页pdf
专知会员服务
40+阅读 · 2020年8月22日
相关资讯
图节点嵌入(Node Embeddings)概述,9页pdf
专知
15+阅读 · 2020年8月22日
【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
详解常见的损失函数
七月在线实验室
20+阅读 · 2018年7月12日
条件概率和贝叶斯公式 - 图解概率 03
遇见数学
10+阅读 · 2018年6月5日
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员