One of the most important and well-studied settings for network design is edge-connectivity requirements. This encompasses uniform demands such as the Minimum $k$-Edge-Connected Spanning Subgraph problem ($k$-ECSS), as well as nonuniform demands such as the Survivable Network Design problem. A weakness of these formulations, though, is that we are not able to ask for fault-tolerance larger than the connectivity. We introduce and study new variants of these problems under a notion of relative fault-tolerance. Informally, we require not that two nodes are connected if there are a bounded number of faults (as in the classical setting), but that two nodes are connected if there are a bounded number of faults and the two nodes are connected in the underlying graph post-faults. That is, the subgraph we build must "behave" identically to the underlying graph with respect to connectivity after bounded faults. We define and introduce these problems, and provide the first approximation algorithms: a $(1+4/k)$-approximation for the unweighted relative version of $k$-ECSS, a $2$-approximation for the weighted relative version of $k$-ECSS, and a $27/4$-approximation for the special case of Relative Survivable Network Design with only a single demand with a connectivity requirement of $3$. To obtain these results, we introduce a number of technical ideas that may of independent interest. First, we give a generalization of Jain's iterative rounding analysis that works even when the cut-requirement function is not weakly supermodular, but instead satisfies a weaker definition we introduce and term local weak supermodularity. Second, we prove a structure theorem and design an approximation algorithm utilizing a new decomposition based on important separators, which are structures commonly used in fixed-parameter algorithms that have not commonly been used in approximation algorithms.


翻译:网络设计中最重要且研究良好的设置之一是边缘连接要求。 这包括统一需求, 如最低值美元- Edige- Conneced Strap Spegraph 问题( ECSS 美元- ECSS 美元), 以及非统一需求, 如可生存的网络设计问题。 然而, 这些配方的一个弱点是, 我们无法要求比连接大得多的过错容忍度。 我们根据相对过错容忍的概念, 引入并研究这些问题的新变量。 非正式地, 我们不需要两个节点连接, 如果存在一定的断层( 如古典设置) 美元- Edige- Connement 问题( 美元- Edge- Connecretro) 问题, 但是, 我们不需要两个节点连接( 美元- 美元- comcretailation) 问题, 而两个节点连接起来的不固定值要求, 我们建的基价Scial- disal- dismo 是一个正常的基版本。

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