Since the inception of the group testing problem in World War II, the prevailing assumption in the probabilistic variant of the problem has been that individuals in the population are infected by a disease independently. However, this assumption rarely holds in practice, as diseases typically spread through connections between individuals. We introduce an infection model for networks, inspired by characteristics of COVID-19 and similar diseases, which generalizes the traditional i.i.d. model from probabilistic group testing. Under this infection model, we ask whether knowledge of the network structure can be leveraged to perform group testing more efficiently, focusing specifically on community-structured graphs drawn from the stochastic block model. Through both theory and simulations, we show that when the network and infection parameters are conducive to "strong community structure," our proposed adaptive, graph-aware algorithm outperforms the baseline binary splitting algorithm, and is even order-optimal in certain parameter regimes. Finally, we derive novel information-theoretic lower bounds which highlight the fundamental limits of adaptive group testing in our networked setting.


翻译:自第二次世界大战开始出现群体测试问题以来,该问题概率变体的流行假设是,人口中的个人是独立地受疾病感染。然而,这一假设很少在实际中存在,因为疾病通常是通过个人之间的联系传播的。我们引入了网络感染模式,受COVID-19和类似疾病特点的启发,它概括了从概率群体测试中得出的传统i.d.模型。在这种感染模式下,我们问是否可以利用网络结构知识来更有效地进行群体测试,具体侧重于从随机区块模型中提取的社区结构图。我们通过理论和模拟,表明当网络和感染参数有利于“强大的社区结构”,我们提议的适应性、图形认知算法超越了基线的二进制分解算法,甚至在某些参数系统中是秩序最优的。最后,我们从新的信息理论下限中得出了突出我们网络环境中适应群体测试的基本限制的信息。

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