The quartet distance is a measure of similarity used to compare two unrooted phylogenetic trees on the same set of $n$ leaves, defined as the number of subsets of four leaves related by a different topology in both trees. After a series of previous results, Brodal et al. [SODA 2013] presented an algorithm that computes this number in $\mathcal{O}(nd\log n)$ time, where $d$ is the maximum degree of a node. Our main contribution is a two-way reduction establishing that the complexity of computing the quartet distance between two trees on $n$ leaves is the same, up to polylogarithmic factors, as the complexity of counting 4-cycles in an undirected simple graph with $m$ edges. The latter problem has been extensively studied, and the fastest known algorithm by Vassilevska Williams [SODA 2015] works in $\mathcal{O}(m^{1.48})$ time. In fact, even for the seemingly simpler problem of detecting a 4-cycle, the best known algorithm works in $\mathcal{O}(m^{4/3})$ time, and a conjecture of Yuster and Zwick implies that this might be optimal. In particular, an almost-linear time for computing the quartet distance would imply a surprisingly efficient algorithm for counting 4-cycles. In the other direction, by plugging in the state-of-the-art algorithms for counting 4-cycles, our reduction allows us to significantly decrease the complexity of computing the quartet distance. For trees with unbounded degrees we obtain an $\mathcal{O}(n^{1.48})$ time algorithm, which is a substantial improvement on the previous bound of $\mathcal{O}(n^{2}\log n)$. For trees with degrees bounded by $d$, by analysing the reduction more carefully, we are able to obtain an $\mathcal{\tilde O}(nd^{0.77})$ time algorithm, which is again a nontrivial improvement on the previous bound of $\mathcal{O}(nd\log n)$.


翻译:QBrodal et al. [SODA 2013] 提供了一种算法,在$\ mathal{O} (nd\log nn) 的时间里计算出这个数字。 我们的主要贡献是双向递减, 证明计算两棵美元叶子上的 QGE 距离的复杂程度相同, 定义是两个树上不同的表层的四叶子子子数。 在一系列先前的结果之后, Brudal et al. [SODA 2013] 提出了一个算法, 该算法以$mathal{O}(nd\log nn) 来计算这个数字, 美元是最大节点的。 我们的主要贡献是双向递减, 美元叶叶叶叶的两棵树的计算速度是相同的, 离差点的距离值是 。

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