We study space-pass tradeoffs in graph streaming algorithms for parameter estimation and property testing problems such as estimating the size of maximum matchings and maximum cuts, weight of minimum spanning trees, or testing if a graph is connected or cycle-free versus being far from these properties. We develop a new lower bound technique that proves that for many problems of interest, including all the above, obtaining a $(1+\epsilon)$-approximation requires either $n^{\Omega(1)}$ space or $\Omega(1/\epsilon)$ passes, even on highly restricted families of graphs such as bounded-degree planar graphs. For multiple of these problems, this bound matches those of existing algorithms and is thus (asymptotically) optimal. Our results considerably strengthen prior lower bounds even for arbitrary graphs: starting from the influential work of [Verbin, Yu; SODA 2011], there has been a plethora of lower bounds for single-pass algorithms for these problems; however, the only multi-pass lower bounds proven very recently in [Assadi, Kol, Saxena, Yu; FOCS 2020] rules out sublinear-space algorithms with exponentially smaller $o(\log{(1/\epsilon)})$ passes for these problems. One key ingredient of our proofs is a simple streaming XOR Lemma, a generic hardness amplification result, that we prove: informally speaking, if a $p$-pass $s$-space streaming algorithm can only solve a decision problem with advantage $\delta > 0$ over random guessing, then it cannot solve XOR of $\ell$ independent copies of the problem with advantage much better than $\delta^{\ell}$. This result can be of independent interest and useful for other streaming lower bounds as well.


翻译:我们在图形流算法中研究参数估算和属性测试问题(例如估计最大匹配和最大削减的大小、最小横幅树的重量,或者测试一个图形连接或无周期,而远离这些属性。我们开发了一个新的较低约束技术,证明对于许多感兴趣的问题,包括上述所有问题,我们获得了一个$(1 ⁇ epsilon)美元-认可,从具有影响力的[Verbin,Yu;SODA2011]开始,单流算法的金额比美元低,对于这些问题来说,只有美元(gemega1/civil silal)通过一个非常受限制的组合,例如约束度平面平面图。对于其中的多个问题,这个约束与现有算法的一致,因此(asmosttototototo)是最佳的。我们的结果大大加强了以前的较低界限,甚至对任意图表来说:从[Verbin, Yu;SODO2011] 开始,对于单流算算的美元(rental_gilation) 问题,只有比美元低一美元低的值,但是,只有多路段最近证明非常低的底框框框框框 能够用到现在的美元的美元, 美元,而CFormarals millyralal 。

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