We provide a dual fitting technique on a semidefinite program yielding simple proofs of tight bounds for the robust price of anarchy of several congestion and scheduling games under the sum of weighted completion times objective. The same approach also allows to bound the approximation ratio of local search algorithms and the competitive ratio of online algorithms for the scheduling problem $R || \sum w_j C_j$. All of our results are obtained through a simple unified dual fitting argument on the same semidefinite programming relaxation, which can essentially be obtained through the first round of the Lasserre/Sum of Squares hierarchy. As our main application, we show that the known coordination ratio bounds of respectively $4, (3 + \sqrt{5})/2 \approx 2.618,$ and $32/15 \approx 2.133$ for the scheduling game $R || \sum w_j C_j$ under the coordination mechanisms Smith's Rule, Proportional Sharing and Rand (STOC 2011) can be extended to congestion games and obtained through this approach. For the natural restriction where the weight of each player is proportional to its processing time on every resource, we show that the last bound can be improved from 2.133 to 2. This improvement can also be made for general instances when considering the price of anarchy of the game, rather than the coordination ratio. As a further application of this technique, we show that it recovers the tight bound of $(3 + \sqrt{5})/2$ for the price of anarchy of weighted affine congestion games and the Kawaguchi-Kyan bound of $(1+ \sqrt{2})/2$ for the pure price of anarchy of $P || \sum w_j C_j$. Moreover, this approach can analyze a simple local search algorithm for $R || \sum w_j C_j$, the best currently known combinatorial approximation algorithm for this problem achieving an approximation ratio of $(5 + \sqrt{5})/4 + \varepsilon$ and an online greedy algorithm which is $4$-competitive.


翻译:我们提出了一种针对半定规划的对偶拟合技术,为若干拥塞博弈和调度博弈在加权完成时间总和目标下的鲁棒无政府价格提供了简洁的紧界证明。该方法同样适用于分析调度问题 $R || \sum w_j C_j$ 的局部搜索算法近似比与在线算法竞争比。所有结果均通过对同一半定规划松弛的统一对偶拟合论证获得,该松弛本质上可通过Lasserre/平方和层次的第一轮构造得到。作为主要应用,我们证明了调度博弈 $R || \sum w_j C_j$ 在Smith规则、比例共享和Rand机制(STOC 2011)下已知的协调比界分别为 $4$、$(3 + \sqrt{5})/2 \approx 2.618$ 和 $32/15 \approx 2.133$,这些界可通过本方法推广至拥塞博弈。当每个参与者的权重与其在所有资源上的处理时间成正比时,最后一个界可从2.133改进至2。若考虑博弈的无政府价格而非协调比,该改进同样适用于一般实例。作为该技术的进一步应用,我们展示了其可恢复加权仿射拥塞博弈无政府价格的紧界 $(3 + \sqrt{5})/2$,以及 $P || \sum w_j C_j$ 纯无政府价格的Kawaguchi-Kyan界 $(1+ \sqrt{2})/2$。此外,该方法可分析 $R || \sum w_j C_j$ 的简单局部搜索算法(当前已知最佳组合近似算法,达到 $(5 + \sqrt{5})/4 + \varepsilon$ 近似比)和具有4竞争比的在线贪心算法。

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