In this work we revisit the fundamental Single-Source Shortest Paths (SSSP) problem with possibly negative edge weights. A recent breakthrough result by Bernstein, Nanongkai and Wulff-Nilsen established a near-linear $O(m \log^8(n) \log(W))$-time algorithm for negative-weight SSSP, where $W$ is an upper bound on the magnitude of the smallest negative-weight edge. In this work we improve the running time to $O(m \log^2(n) \log(nW) \log\log n)$, which is an improvement by nearly six log-factors. Some of these log-factors are easy to shave (e.g. replacing the priority queue used in Dijkstra's algorithm), while others are significantly more involved (e.g. to find negative cycles we design an algorithm reminiscent of noisy binary search and analyze it with drift analysis). As side results, we obtain an algorithm to compute the minimum cycle mean in the same running time as well as a new construction for computing Low-Diameter Decompositions in directed graphs.


翻译:在这项工作中,我们重新审视可能具有负边权重的基本单源最短路径问题。Bernstein、Nanongkai和Wulff-Nilsen最近取得的突破性成果,建立了一个近线性的$O(m \log^8(n) \log(W))$时间算法,用于解决负权最短路径问题,其中$W$是最小负权边权重的上界。在这项工作中,我们将运行时间提高到了$O(m \log^2(n) \log(nW) \log\log n)$,这是近六个对数因子的改进。其中一些对数因子很容易删减 (例如用Dijkstra算法中使用的优先队列进行替换),而其他对数因子则需要显著更多的参与(例如,为了查找负循环,我们设计了一种回声二进制搜索算法,并用漂移分析来分析它)。作为副产物,我们在相同的运行时间内获得了计算最小循环均值的算法,以及一种针对有向图的新型低直径分解构造方法。

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最短路径问题是图论研究中的一个经典算法问题,旨在寻找图(由结点和路径组成的)中两结点之间的最短路径。算法具体的形式包括: * 确定起点的最短路径问题 - 即已知起始结点,求最短路径的问题。适合使用Dijkstra算法。 * 确定终点的最短路径问题 - 与确定起点的问题相反,该问题是已知终结结点,求最短路径的问题。在无向图中该问题与确定起点的问题完全等同,在有向图中该问题等同于把所有路径方向反转的确定起点的问题。 * 确定起点终点的最短路径问题 - 即已知起点和终点,求两结点之间的最短路径。 * 全局最短路径问题 - 求图中所有的最短路径。适合使用Floyd-Warshall算法。 用于解决最短路径问题的算法被称做“最短路径算法”,有时被简称作“路径算法”。最常用的路径算法有: * Dijkstra算法 * A*算法 * Bellman-Ford算法 * SPFA算法(Bellman-Ford算法的改进版本) * Floyd-Warshall算法 * Johnson算法 * Bi-Direction BFS算法 這是與数学相關的小作品。你可以通过编辑或修订扩充其内容。
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