The Arboricity Captures the Complexity of Sampling Edges
Talya Eden Dana Ron Will Rosenbaum
Captures the Complexity of Sampling Edges The Task Given query - - PowerPoint PPT Presentation
Talya Eden Dana Ron Will Rosenbaum The Arboricity Captures the Complexity of Sampling Edges The Task Given query access to a graph Design a sublinear algorithm for sampling an edge from a distribution that is pointwise
Talya Eden Dana Ron Will Rosenbaum
๏จ Given query access to a graph ๐ป ๏จ Design a sublinear algorithm for sampling an edge from a
1โ๐ ๐
1 ๐ G Sample Edge
๐ค ๐ฆ ๐ง ๐จ ๐ฃ ๐ฅ
w.p. โ
1 ๐
w.p. โ
1 ๐
w.p. โ 1
๐
๐ โ sum of degrees
An ๐-fraction of the edges can be ignored Might be exactly the edges of interest
๐ป
๐๐ -clique
๐๐๐ธ ๐, ๐ = เท
๐ฆ
|๐ ๐ โ ๐ (๐)|
๏จ Vertices are labeled arbitrarily [1..n] ๏จ Query access to the graph: ๏ค Degree queries on the ๐th vertex ๏ค Uniform neighbor queries
๐ค๐ ๐ ๐ค๐ =? ๐ค๐ ๐ค๐โฒ ๐ ๐ค๐ = 5 Query Answer G w.p.
1 ๐(๐ค๐)
w.p.
1 ๐(๐ค๐)
๏จ Sampling an edge almost uniformly [E Rosenbaum 18]:
๏จ Lower bound ฮฉ
๐ ๐๐๐ค๐
๐ โ sum of degrees ๐๐๐ค๐ - avg. degree ๐โ - poly(log ๐, 1/๐) factors
๐ฝ ๐๐๐ค๐ โ log3 ๐ ๐ [E Rosenbaum 18]
๐ท ๐๐๐๐ โ log3 ๐ ๐
๏จ Lower Bounds:
๐ฝ ๐๐๐ค๐
log ๐ log log ๐ for any graph with arboricity ๐(๐ฝ) for graphs with ๐ฝ = ฮ(1)
๐ฝ โค ๐
Ex Expon
ential tial imp mproveme ment nt for graphs with constant arboricity ๐ฝ = ฮ(1)
[E Rosenbaum 18]
๏จ Given query access to a graph ๐ป ๏จ Design a sublinear algorithm for sampling an edge from a
1โ๐ ๐
1 ๐
ึ
1โ๐ ๐ ๐ ๐
๐ ๐ ๐ โ ๐(๐ค) ๐ โ 1 ๐ ๐ค = 1 ๐ ๐ค ๐ฃ ๐ โ sum of degrees Uniform neighbor
Try-to-sample-a-vertex(๐ฝ, ๐): Returns each vertex w.p. โ
1 โ โ ๐ ๐ค ๐โ เทฅ ๐ฝ or fa
fails (for โ = log ๐, เทค ๐ฝ โ ๐ฝ) Total success prob. of a single execution of Try-to-sample: โ เท
๐คโ๐
๐ ๐ค โ๐ เทค ๐ฝ = ๐ โ โ ๐ โ เทค ๐ฝ Expected number of sufficient attempts: โ โ โ ๐ โ เทค ๐ฝ ๐ = เทค ๐ฝ ๐๐๐ค๐ โ โ
a) ๐ค โ Try-to-sample-a-vertex(๐ฝ, ๐) b) If succeeded, retu eturn ๐ค
๐ฝ ๐๐๐ค๐ โ log3 ๐ ๐
เทค ๐ฝ โ
๐ฝโ 4๐๐๐ ๐ ๐
,เทฅ ๐ โ
๐ log ๐
๐0 = {๐ค โฃ ๐ ๐ค โค เทค ๐ฝ}
เทค ๐ฝ โ
๐ฝโ 4๐๐๐ ๐ ๐
,เทฅ ๐ โ
๐ log ๐
๐0 = {๐ค โฃ ๐ ๐ค โค เทค ๐ฝ} ๐1 = {๐ค โ ๐0 โฃ ๐0 ๐ค โฅ 1 โ เทฅ ๐ ๐(๐ค)} ๐๐ = {๐ค โ ๐<๐ โฃ ๐<๐ ๐ค โฅ 1 โ เทฅ ๐ ๐(๐ค)}
โ = log ๐
Try-to to-Sam Sampl ple-a-vertex
Sampl ple-๐ด๐ (if failed abort)
3.
dom m wa walk k for ๐ steps
5.
eturn rn the ๐th vertex
๐(๐ค) เทฅ ๐ฝ
Try-to to-Sa Sample le-a-ver ertex
1.
Choose ๐ โ 0, โ
2.
๐ค โ ๐๐๐๐๐๐ โ ๐0 (if failed abort)
3. 3.
Rando dom m walk k for ๐ steps
4.
If returned to ๐0, abort
5. 5.
Retu eturn rn the ๐th vertex
๐(๐ค) เทฅ ๐ท
1โเทค ๐ ๐๐(๐ค) โโ ๐โ เทฅ ๐ฝ
Try-to to-Sa Sample le-a-ver ertex
1.
Choose ๐ โ 0, โ
2.
๐ค โ ๐๐๐๐๐๐ โ ๐0 (if failed abor
3. 3.
Rando dom m walk k for ๐ steps
4.
If returned to ๐0, abort
5. 5.
Ret eturn urn the ๐th vertex
๐(๐ค) เทฅ ๐ท
๐ค 1 โ โ 1 ๐ โ ๐ ๐ค เทค ๐ฝ = ๐(๐ค) โ๐ เทค ๐ฝ
๐โเทค ๐ ๐๐(๐) โโ ๐โ เทฅ ๐ท
Try-to to-Sa Sample le-a-ver ertex
1.
Choose ๐ โ 0, โ
2.
๐ค โ ๐๐๐๐๐๐ โ ๐0 (if failed abor
3. 3.
Rando dom m walk k for ๐ steps
4.
If returned to ๐0, abort
5. 5.
Ret eturn urn the ๐th vertex
๐(๐ค) เทฅ ๐ท
๐ค ๐(๐ค) โ โ ๐ โ เทค ๐ฝ
๐โเทค ๐ ๐๐(๐) โโ ๐โ เทฅ ๐ท
๐ค ๐(๐ค) โ โ ๐ โ เทค ๐ฝ ๐(๐ค) ๐ เทค ๐ฝ โ 1 ๐(๐ค) = 1 ๐ เทค ๐ฝ
Try-to to-Sa Sample le-a-ver ertex
1.
Choose ๐ โ 0, โ
2.
๐ค โ ๐๐๐๐๐๐ โ ๐0 (if failed abor
3. 3.
Rando dom m walk k for ๐ steps
4.
If returned to ๐0, abort
5. 5.
Ret eturn urn the ๐th vertex
๐(๐ค) เทฅ ๐ท
๐ฃ 1 โ โ ๐0 ๐ฃ ๐ เทค ๐ฝ โฅ (1 โ ว ๐)๐(๐ฃ) โ๐ เทค ๐ฝ
1 ๐ เทค ๐ฝ 1 ๐ เทค ๐ฝ 1 ๐ เทค ๐ฝ 1 ๐ เทค ๐ฝ
๐โเทค ๐ ๐๐(๐) โโ ๐โ เทฅ ๐ท
Try-to to-Sa Sample le-a-ver ertex
1.
Choose ๐ โ 0, โ
2.
๐ค โ ๐๐๐๐๐๐ โ ๐0 (if failed abor
3. 3.
Rando dom m walk k for ๐ steps
4.
If returned to ๐0, abort
5. 5.
Ret eturn urn the ๐th vertex
๐(๐ค) เทฅ ๐ท
๐ค ๐ฃ ๐(๐ค) โ โ ๐ โ เทค ๐ฝ (1 โ ว ๐)๐(๐ฃ) โ๐ เทค ๐ฝ
๐โเทค ๐ ๐๐(๐) โโ ๐โ เทฅ ๐ท
Try-to to-Sa Sample le-a-ver ertex
1.
Choose ๐ โ 0, โ
2.
๐ค โ ๐๐๐๐๐๐ โ ๐0 (if failed abor
3. 3.
Rando dom m walk k for ๐ steps
4.
If returned to ๐0, abort
5. 5.
Ret eturn urn the ๐th vertex
๐(๐ค) เทฅ ๐ท
1 โ ว ๐ ๐๐(๐ฅ) โ โ ๐ โ เทค ๐ฝ โฅ (1 โ ๐)๐(๐ฅ) โ โ ๐ โ เทค ๐ฝ ๐ค ๐ฃ ๐ฅ ๐(๐ค) โ โ ๐ โ เทค ๐ฝ (1 โ ว ๐)๐(๐ฃ) โ๐ เทค ๐ฝ
๐โเทค ๐ ๐๐(๐) โโ ๐โ เทฅ ๐ท
Try-to to-Sa Sample le-a-ver ertex
1.
Choose ๐ โ 0, โ
2.
๐ค โ ๐๐๐๐๐๐ โ ๐0 (if failed abor
3. 3.
Rando dom m walk k for ๐ steps
4.
If returned to ๐0, abort
5. 5.
Ret eturn urn the ๐th vertex
๐(๐ค) เทฅ ๐ท
๐โเทค ๐ ๐๐(๐) โโ ๐โ เทฅ ๐ท
1 4) [Feige 06, Goldreich Ron 08] [E Ron Seshadhri 17]