Consider the following gap cycle counting problem in the streaming model: The edges of a $2$-regular $n$-vertex graph $G$ are arriving one-by-one in a stream and we are promised that $G$ is a disjoint union of either $k$-cycles or $2k$-cycles for some small $k$; the goal is to distinguish between these two cases. Verbin and Yu [SODA 2011] introduced this problem and showed that any single-pass streaming algorithm solving it requires $n^{1-\Omega(\frac{1}{k})}$ space. This result and the technique behind it -- the Boolean Hidden Hypermatching communication problem -- has since been used extensively for proving streaming lower bounds for various problems. Despite its significance and broad range of applications, the lower bound technique of Verbin and Yu comes with a key weakness that is inherited by all subsequent results: the Boolean Hidden Hypermatching problem is hard only if there is exactly one round of communication and can be solved with logarithmic communication in two rounds. Therefore, all streaming lower bounds derived from this problem only hold for single-pass algorithms. We prove the first multi-pass lower bound for the gap cycle counting problem: Any $p$-pass streaming algorithm that can distinguish between disjoint union of $k$-cycles vs $2k$-cycles -- or even $k$-cycles vs one Hamiltonian cycle -- requires $n^{1-\frac{1}{k^{\Omega(1/p)}}}$ space. As a corollary of this result, we can extend many of previous lower bounds to multi-pass algorithms. For instance, we can now prove that any streaming algorithm that $(1+\epsilon)$-approximates the value of MAX-CUT, maximum matching size, or rank of an $n$-by-$n$ matrix, requires either $n^{\Omega(1)}$ space or $\Omega(\log{(\frac{1}{\epsilon})})$ passes. For all these problems, prior work left open the possibility of even an $O(\log{n})$ space algorithm in only two passes.


翻译:({{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{}在流模式中,美元正以美元为常价,美元正值美元在流中一比一,我们得到保证,$G$是一个小美元周期或2k美元周期的脱节结合;目标是区分这两个案例。Verbin和Yu[SODA2011]引入了这个问题,并表明任何单流算法解决它都需要美元($%1>1-Omega($)美元。这个结果和它背后的技术 -- -- Boolean 隐藏的超正价通信问题 -- -- 已经广泛用于证明流中各种问题的较低范围。尽管其重要性和广泛应用范围, Verbin和Y的下限技术与之前所有结果都具有关键弱点: Boolean cread entromatettle tal leging for the more national_blation1__ral_c_rick_ral_rick_ral max listal listal listal dess listal listal listals) ex ass ass ass pass pass passess a 。因此,我们只能只能只能只能只能只能只能只能只能只能只能只能。

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