The fastest deterministic algorithms for connected components take logarithmic time and perform superlinear work on a Parallel Random Access Machine (PRAM). These algorithms maintain a spanning forest by merging and compressing trees, which requires pointer-chasing operations that increase memory access latency and are limited to shared-memory systems. Many of these PRAM algorithms are also very complicated to implement. Another popular method is "leader-contraction" where the challenge is to select a constant fraction of leaders that are adjacent to a constant fraction of non-leaders with high probability. Instead we investigate label propagation because it is deterministic and does not rely on pointer-chasing. Label propagation exchanges representative labels within a component using simple graph traversal, but it is inherently difficult to complete in a sublinear number of steps. We are able to solve the problems with label propagation for graph connectivity. We introduce a surprisingly simple framework for deterministic graph connectivity using label propagation that is easily adaptable to many computational models. It propagates directed edges and alternates edge direction to achieve linear edge count each step and sublinear convergence. We present new algorithms in PRAM, Stream, and MapReduce for a simple, undirected graph $G=(V,E)$ with $n=|V|$ vertices, $m=|E|$ edges. Our approach takes $O(m)$ work each step, but we can only prove logarithmic convergence on a path graph. It was conjectured by Liu and Tarjan (2019) to take $O(\log n)$ steps or possibly $O(\log^2 n)$ steps. We leave the proof of convergence as an open problem.


翻译:连接组件的最快确定式算法使用对数时间,并在平行随机存取机( PRAM) 上进行超线性工作。 这些算法通过合并和压缩树来保持覆盖森林, 这需要使用简单的图形穿行器, 并限于共享线性系统。 许多这些 PRAM 算法也非常复杂, 需要执行。 另一个流行的方法是“ 领导- 承包 ”, 其挑战在于选择一个恒定部分的领导人, 这些领导人与极有可能的非领导器的固定部分相邻。 相反, 我们调查标签的传播, 因为它是确定式的, 不依赖点切换。 Label 传播在组件中交换代表标签, 增加内含内存的内存访问时间, 但是在子线性步骤中完成。 我们能够解决图形连通度的标签传播问题。 我们引入了一个令人惊讶的确定性图形连接框架, 使用很容易适应许多计算模型的标签。 它传播方向边缘和替代边缘方向, 以达到线性边缘, 每个步骤和亚值 。 我们用一个新的算法 。

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