We consider a classical scheduling problem on $m$ identical machines. For an arbitrary constant $q>1$, the aim is to assign jobs to machines such that $\sum_{i=1}^m C_i^q$ is minimized, where $C_i$ is the total processing time of jobs assigned to machine $i$. It is well known that this problem is strongly NP-hard. Under mild assumptions, the running time of an $(1+\epsilon)$-approximation algorithm for a strongly NP-hard problem cannot be polynomial on $1/\epsilon$, unless $\text{P}=\text{NP}$. For most problems in the literature, this translates into algorithms with running time at least as large as $2^{\Omega(1/\varepsilon)}+n^{O(1)}$. For the natural scheduling problem above, we establish the existence of an algorithm which violates this threshold. More precisely, we design a PTAS that runs in $2^{\tilde{O}(\sqrt{1/\epsilon})}+n^{O(1)}$ time. This result is in sharp contrast to the closely related minimum makespan variant, where an exponential lower bound is known under the exponential time hypothesis (ETH). We complement our result with an essentially matching lower bound on the running time, showing that our algorithm is best-possible under ETH. The lower bound proof exploits new number-theoretical constructions for variants of progression-free sets, which might be of independent interest. Furthermore, we provide a fine-grained characterization on the running time of a PTAS for this problem depending on the relation between $\epsilon$ and the number of machines $m$. More precisely, our lower bound only holds when $m=\Theta(\sqrt{1/\epsilon})$. Better algorithms, that go beyond the lower bound, exist for other values of $m$. In particular, there even exists an algorithm with running time polynomial in $1/\epsilon$ if we restrict ourselves to instances with $m=\Omega(1/\epsilon\log^21/\epsilon)$.


翻译:我们考虑的是美元相同机器的经典调度问题。 对于任意的常数 $>1, 目的是为机器分配工作, 以便将美元=1美元=1美元C_iqq$最小化。 美元=i$是分配给机器的总共处理时间。 众所周知, 这个问题是非常硬的 NP 。 在轻度假设下, 用于强烈的NP- 硬性问题的运行时间不能是1美元/ 美元( Q>1美元) 的多元值。 除非$\ sum_ i=1 m C_ iQQQ$。 对于文献中的大多数问题, 美元=1美元是运行时间的算法, 美元=1美元。 对于上面的自然调度问题, 我们建立了一种违反这个门槛的算法。 更确切地说, 我们设计的PTAS值只能以2美元/ 美元为基数, 美元为1美元( sicrock_lational$lation) 。 正在运行一个最低的变价结果, 在比我们更低的时间里, 的比我们更接近的变数。

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