We address two open problems in sorting with priced information, introduced by [Charikar, Fagin, Guruswami, Kleinberg, Raghavan, Sahai (CFGKRS), STOC 2000]. In this setting, different comparisons have different (potentially infinite) costs. The goal is to find a sorting algorithm with small competitive ratio, defined as the (worst-case) ratio of the algorithm's cost to the cost of the cheapest proof of the sorted order. 1) When all costs are in $\{0,1,n,\infty\}$, we give an algorithm that has $\widetilde{O}(n^{3/4})$ competitive ratio. Our result refutes the hypothesis that a widely cited $\Omega(n)$ lower bound on the competitive ratio for finding the maximum extends to sorting. This lower bound by [Gupta, Kumar, FOCS 2000] uses costs in $\{0,1,n, \infty\}$ and was claimed as the reason why sorting with arbitrary costs seemed bleak and hopeless. Our algorithm also generalizes the algorithms for generalized sorting (all costs in $\{1,\infty\}$), a version initiated by [Huang, Kannan, Khanna, FOCS 2011] and addressed recently by [Kuszmaul, Narayanan, FOCS 2021]. 2) We answer the problem of bichromatic sorting posed by [CFGKRS]: We are given two sets $A$ and $B$ of total size $n$, and the cost of an $A-A$ comparison or a $B-B$ comparison is higher than an $A-B$ comparison. The goal is to sort $A \cup B$. An $\Omega(\log n)$ lower bound on competitive ratio follows from unit-cost sorting. We give a randomized algorithm with an almost-optimal w.h.p. competitive ratio of $O(\log^{3} n)$. We also study generalizations of the problem \emph{universal sorting} and \emph{bipartite sorting} (a generalization of nuts-and-bolts). Here, we define a notion of \textit{instance optimality}, and develop an algorithm for bipartite sorting which is $O(\log^{3} n)$ instance-optimal. Our framework of instance optimality applies to other static problems and may be of independent interest.


翻译:我们解决了由 [Charikar, Fagin, Guruswami, Kleinberg, Raghavan, Sahai (CFGKRS), STOC 2000] 提出的基于价格信息的排序问题中的两个开放问题。在这种情况下,不同的比较具有不同的(可能是无穷大的)成本。目标是找到一个具有小竞争比率的排序算法,竞争比率定义为算法成本与排序顺序的最便宜证明成本的比率(最坏情况)。1)当所有成本在 $\{0,1,n,\infty\}$ 中时,我们提出了一个竞争比率为 $\widetilde{O}(n^{3/4})$ 的算法。我们的结果驳斥了一个广泛引用的关于最大值寻找竞争比率的 $\Omega(n)$ 下限推断扩展到排序的假设。这个下限由 [Gupta, Kumar, FOCS 2000] 使用 $\{0,1,n,\infty\}$ 中的成本,并被认为是排序问题看起来不可行的原因。我们的算法还概括了广义排序(所有成本在 $\{1,\infty\}$ 中)的算法,这是由 [Huang, Kannan, Khanna, FOCS 2011] 发起并最近由 [Kuszmaul, Narayanan, FOCS 2021] 解决的一个版本。2)我们回答了由 [CFGKRS] 提出的双色排序问题:给定两个总大小为 $n$ 的集合 $A$ 和 $B$,$A-A$ 比较或 $B-B$ 比较的成本高于 $A-B$ 比较。目标是对 $A \cup B$ 进行排序。竞争比率的 $\Omega(\log n)$ 下限来自单位成本排序。我们给出了一个随机算法,具有几乎最优的几率竞争比率为 $O(\log^3n)$。我们还研究了问题的通用化——\emph{通用排序} 和 \emph{二分图排序}(坚毅螺丝帽问题的一般化)。在这里,我们定义了一个“实例最优”的概念,并针对二分图排序开发了一个算法,它的实例最优竞争比率为 $O(\log^3 n)$。我们的实例最优框架适用于其他静态问题,可能是独立感兴趣的。

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