Given an array of distinct integers $A[1\ldots n]$, the Range Minimum Query (RMQ) problem requires us to construct a data structure from $A$, supporting the RMQ query: given an interval $[a,b]\subseteq[1,n]$, return the index of the minimum element in subarray $A[a\ldots b]$, i.e. return $\text{argmin}_{i\in[a,b]}A[i]$. The fundamental problem has a long history. The textbook solution which uses $O(n)$ words of space and $O(1)$ time by Gabow, Bentley, Tarjan (STOC 1984) and Harel, Tarjan (SICOMP 1984) dates back to 1980s. The state-of-the-art solution is presented by Fischer, Heun (SICOMP 2011) and Navarro, Sadakane (TALG 2014). The solution uses $2n+n/\left(\frac{\log n}{t}\right)^t+\tilde{O}(n^{3/4})$ bits of space and $O(t)$ query time, assuming the word-size is $\Theta(\log n)$ bits. On the other hand, the only known lower bound is proven by Liu and Yu (STOC 2020). They show that any data structure which solves RMQ in $t$ query time must use $2n+n/(\log n)^{O(t^2\log^2t)}$ bits of space, assuming the word-size is $\Theta(\log n)$ bits. In this paper, we prove nearly tight lower bound for this problem. We show that, for any data structure which solves RMQ in $t$ query time, $2n+n/(\log n)^{O(t\log^2t)}$ bits of space is necessary in the cell-probe model with word-size $\Theta(\log n)$. We emphasize that, for any $r$, we present a lower bound of $t=\Omega(t_{opt}/\log^3 t_{opt})$, where $t_{opt}$ is the optimal time cost when the data structure is allowed to consume $2n+r$ bits of space. Hence our lower bound is nearly tight.
翻译:根据不同整数的阵列 $A[1\oldots n], 最低查询( RMQ) 问题要求我们从 $A 中构建一个数据结构, 支持 RMQ 查询: 给一个间隔 $a, b\ subseqeq[ 1, n] 美元, 返回一个最小元素的索引 $A[ a\ldots b] 美元, 即 返回 $\ text{argmin\ i, [a, b] 。 基本问题有很长的历史。 教科书用 $( n) 美元空间和 $美元 美元, 支持 RMQ 查询: 间隔 $( bentley, Tarjan, 1984) 和 Harel, Tarjan (SIP, 1984) 返回最小元素的索引是 Fischer, Heun( SICOMP, 2011) 和 Navarro, Sadakane (TLG, 2014) 。 解决方案使用 2n+lexn( legn) list (n) 美元 美元 美元 美元, 美元, 美元 美元 美元, 美元 美元, 美元, 美元 美元 美元, 美元 美元, 美元 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元, 美元,