We study the problem of chasing positive bodies in $\ell_1$: given a sequence of bodies $K_{t}=\{x^{t}\in\mathbb{R}_{+}^{n}\mid C^{t}x^{t}\geq 1,P^{t}x^{t}\leq 1\}$ revealed online, where $C^{t}$ and $P^{t}$ are nonnegative matrices, the goal is to (approximately) maintain a point $x_t \in K_t$ such that $\sum_t \|x_t - x_{t-1}\|_1$ is minimized. This captures the fully-dynamic low-recourse variant of any problem that can be expressed as a mixed packing-covering linear program and thus also the fractional version of many central problems in dynamic algorithms such as set cover, load balancing, hyperedge orientation, minimum spanning tree, and matching. We give an $O(\log d)$-competitive algorithm for this problem, where $d$ is the maximum row sparsity of any matrix $C^t$. This bypasses and improves exponentially over the lower bound of $\sqrt{n}$ known for general convex bodies. Our algorithm is based on iterated information projections, and, in contrast to general convex body chasing algorithms, is entirely memoryless. We also show how to round our solution dynamically to obtain the first fully dynamic algorithms with competitive recourse for all the stated problems above; i.e. their recourse is less than the recourse of every other algorithm on every update sequence, up to polylogarithmic factors. This is a significantly stronger notion than the notion of absolute recourse in the dynamic algorithms literature.


翻译:我们研究在线追逐正身体的问题,在$l_1$中给定一系列体:$K_{t} = \{ x^{t}\in\mathbb{R}_{+}^{n}\mid C^{t}x^{t}\geq 1,P^{t}x^{t}\leq 1 \}$,其中$C^{t}$和$P^{t}$是非负矩阵,目标是(近似)维护一个点$x_t$使得$\sum_t \|x_t - x_{t-1}\|_1$最小。这个问题涵盖了任何可以表达为混合装填 - 覆盖线性规划的问题的完全动态低资源消耗变体,因此也就是动态算法中许多核心问题的分数版本,比如集合覆盖,负载均衡,超边定向,最小生成树和匹配等问题。我们为这个问题提供了一个$O(\log d)$-有竞争力的算法,其中$d$是任何矩阵$C^t$的最大行稀疏度。与一般凸体追逐算法相比,这种方法弥补了指数级别的下限并进行了改进。我们的算法基于迭代信息投影,并且与一般凸体追逐算法不同,是完全无记忆的。我们还展示了如何动态舍入我们的解以获得第一个有竞争资源的全动态算法,涵盖了所有上述问题;即它们的资源消耗比任何其他算法在任何更新序列上都要小,相差仅仅是多个对数因子。这比动态算法文献中绝对资源的概念更强。

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