A streaming algorithm is considered to be adversarially robust if it provides correct outputs with high probability even when the stream updates are chosen by an adversary who may observe and react to the past outputs of the algorithm. We grow the burgeoning body of work on such algorithms in a new direction by studying robust algorithms for the problem of maintaining a valid vertex coloring of an $n$-vertex graph given as a stream of edges. Following standard practice, we focus on graphs with maximum degree at most $\Delta$ and aim for colorings using a small number $f(\Delta)$ of colors. A recent breakthrough (Assadi, Chen, and Khanna; SODA~2019) shows that in the standard, non-robust, streaming setting, $(\Delta+1)$-colorings can be obtained while using only $\widetilde{O}(n)$ space. Here, we prove that an adversarially robust algorithm running under a similar space bound must spend almost $\Omega(\Delta^2)$ colors and that robust $O(\Delta)$-coloring requires a linear amount of space, namely $\Omega(n\Delta)$. We in fact obtain a more general lower bound, trading off the space usage against the number of colors used. From a complexity-theoretic standpoint, these lower bounds provide (i)~the first significant separation between adversarially robust algorithms and ordinary randomized algorithms for a natural problem on insertion-only streams and (ii)~the first significant separation between randomized and deterministic coloring algorithms for graph streams, since deterministic streaming algorithms are automatically robust. We complement our lower bounds with a suite of positive results, giving adversarially robust coloring algorithms using sublinear space. In particular, we can maintain an $O(\Delta^2)$-coloring using $\widetilde{O}(n \sqrt{\Delta})$ space and an $O(\Delta^3)$-coloring using $\widetilde{O}(n)$ space.


翻译:流动算法被视为具有对抗性强强。 如果它能提供精确的输出, 即便是当流式更新被一个可以观察和响应过去算法输出结果的对手选择时, 流式算法也具有很高的概率 。 我们通过研究用于维持以边缘流方式给出的 $n- verdex 图形的有效顶端颜色的稳健算法, 我们只使用 $\ 全局 { O} (n) 空间。 根据标准做法, 我们关注以最高程度为最高 $\ Delta$的图表, 并使用少量的 $( Delta) 来显示流的颜色。 最近的一个突破( Asadi, Chen, 和 Khanna; SODO~ 2019) 显示, 在标准、 非 robbtalbet, $ (delta+1) 彩色图形中, 只能只使用 $\ bloadtaltial deal- developal lax, us a male a male a mexal develrial dealalalal a.

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