Graph sparsification has been studied extensively over the past two decades, culminating in spectral sparsifiers of optimal size (up to constant factors). Spectral hypergraph sparsification is a natural analogue of this problem, for which optimal bounds on the sparsifier size are not known, mainly because the hypergraph Laplacian is non-linear, and thus lacks the linear-algebraic structure and tools that have been so effective for graphs. Our main contribution is the first algorithm for constructing $\epsilon$-spectral sparsifiers for hypergraphs with $O^*(n)$ hyperedges, where $O^*$ suppresses $(\epsilon^{-1} \log n)^{O(1)}$ factors. This bound is independent of the rank $r$ (maximum cardinality of a hyperedge), and is essentially best possible due to a recent bit complexity lower bound of $\Omega(nr)$ for hypergraph sparsification. This result is obtained by introducing two new tools. First, we give a new proof of spectral concentration bounds for sparsifiers of graphs; it avoids linear-algebraic methods, replacing e.g.~the usual application of the matrix Bernstein inequality and therefore applies to the (non-linear) hypergraph setting. To achieve the result, we design a new sequence of hypergraph-dependent $\epsilon$-nets on the unit sphere in $\mathbb{R}^n$. Second, we extend the weight assignment technique of Chen, Khanna and Nagda [FOCS'20] to the spectral sparsification setting. Surprisingly, the number of spanning trees after the weight assignment can serve as a potential function guiding the reweighting process in the spectral setting.


翻译:在过去20年中,人们广泛研究过石化石化,最终形成了最优尺寸(以恒定因素为准)的光谱封闭器。光谱高射量是这一问题的自然相似物,对它来说,对它来说,最理想的界限并不为人所知,主要是因为高射线 Laplacian 是非线性,因此缺乏对图形如此有效的线性-通向结构与工具。我们的主要贡献是,为使用$O%(n)$的超端,为高光谱建造$(n)的光谱放大器。美元高射线是这一问题的自然模拟物,为此,美元高射线高射线是一个最自然的模拟物界,主要因为高射线性电离层($\Omega(nr)$20(n)美元)的光谱放大器。首先,我们用美元超高射线值超高射线值($_lightal_lational-legle) 的光谱质浓度约束,因此,在Scal-ral-seria 的平面设计中,可以将Oral-ral-ral-ral-ral-ral-ral-ral-ral-ral-sermasermax 的值 设置,因此, 的输出的温度的温度值的值-ral-ral-ral-ral-maxxx。

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