In this article, we present the first deterministic directed Laplacian L systems solver that runs in time almost-linear in the number of non-zero entries of L. Previous reductions imply the first deterministic almost-linear time algorithms for computing various fundamental quantities on directed graphs including stationary distributions, personalized PageRank, hitting times and escape probabilities. We obtain these results by introducing partial symmetrization, a new technique that makes the Laplacian of an Eulerian directed graph ``less directed'' in a useful sense, which may be of independent interest. The usefulness of this technique comes from two key observations: Firstly, the partially symmetrized Laplacian preconditions the original Eulerian Laplacian well in Richardson iteration, enabling us to construct a solver for the original matrix from a solver for the partially symmetrized one. Secondly, the undirected structure in the partially symmetrized Laplacian makes it possible to sparsify the matrix very crudely, i.e. with large spectral error, and still show that Richardson iterations convergence when using the sparsified matrix as a preconditioner. This allows us to develop deterministic sparsification tools for the partially symmetrized Laplacian. Together with previous reductions from directed Laplacians to Eulerian Laplacians, our technique results in the first deterministic almost-linear time algorithm for solving linear equations in directed Laplacians. To emphasize the generality of our new technique, we show that two prominent existing (randomized) frameworks for solving linear equations in Eulerian Laplacians can be derandomized in this way: the squaring-based framework of Cohen, Kelner, Peebles, Peng, Rao, Sidford and Vladu (STOC 2017) and the sparsified Cholesky-based framework of Peng and Song (STOC 2022).


翻译:在此篇文章中, 我们展示了第一个确定性导向Laplacian L 系统解析器, 它在时间上几乎直线运行, 在非零条目的数量中运行。 先前的缩减意味着在定向图形中计算各种基本数量的首个确定性几乎直线时间算法, 包括固定分布、 个性化的 PageRank、 触击时间和逃避概率。 我们通过引入部分平衡来获取这些结果。 这是一种新技术, 使得一个Eularian 定向图形“ 不平流” 直线直线路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路道路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路通路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路路

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