The minimum-cost $k$-edge-connected spanning subgraph ($k$-ECSS) problem is a generalization and strengthening of the well-studied minimum-cost spanning tree (MST) problem. While the round complexity of distributedly computing the latter has been well-understood, the former remains mostly open, especially as soon as $k\geq 3$. In this paper, we present the first distributed algorithm that computes an approximation of $k$-ECSS in sublinear time for general $k$. Concretely, we describe a randomized distributed algorithm that, in $\tilde{O}(k(D+k\sqrt{n}))$ rounds, computes a $k$-edge-connected spanning subgraph whose cost is within an $O(\log n\log k)$ factor of optimal. Here, $n$ and $D$ denote the number of vertices and diameter of the graph, respectively. This time complexity is nearly optimal for any $k=poly(\log n)$, almost matching an $\tilde{\Omega}(D+\sqrt{n/k})$ lower bound. Our algorithm is the first to achieve a sublinear round complexity for $k\geq 3$. We note that this case is considerably more challenging than the well-studied and well-understood $k=1$ case -- better known as MST -- and the closely related $k=2$ case. Our algorithm is based on reducing the $k$-ECSS problem to $k$ set cover instances, in which we gradually augment the connectivity of the spanning subgraph. To solve each set cover instance, we combine new structural observations on minimum cuts with graph sketching ideas. One key ingredient in our algorithm is a novel structural lemma that allows us to compress the information about all minimum cuts in a graph into a succinct representation, which is computed in a decentralized fashion. We hope that this succinct representation may find applications in other computational settings or for other problems.


翻译:最小成本 $k$- edge 连接的子图层( k$- ECSS) 问题是一个普遍化和强化了经过仔细研究的最低成本横贯树( MST) 问题。 尽管分布式计算后者的全方位复杂性已经非常清楚, 但前者大部分仍然是开放的, 尤其是当$k\ geq 3 美元时。 在本文中, 我们首次展示了计算基价近似于美元基数的基数, 普通美元基数代表。 具体地说, 我们描述的是随机的分布式算法, 在 $tilde{ O} (k) (k) 美元最低成本横跨树树( MST) 最低成本(k) 最低成本(k) 最低成本(k) 最低成本(k), 最低成本(k) 最低成本(k) 最低成本(x美元) 最低成本(k) 最低成本(k) 最低成本(k) 。 最低成本(k) 最低成本(x(n) 美元) 最低成本(k) 最低成本(x(x) 美元) 美元) 最低成本(x(x(x) 美元) 最低成本(x(x) 美元) 美元) 最低成本(x(x(x) 美元) 美元) 美元) 美元) 最低成本(x(x(x(x) 美元) 美元) 美元) 美元) 美元) 最低成本(x(x(x(x(x(tl) ) ) ) x(x(x(x(x) ) ) 美元) 美元) 美元) 美元) 美元) 美元) 美元) 美元) ) ) ) ) ) ) ) ) ) x(x(x(x(x(x(x(美元) 美元) 美元) ) 美元) 美元) 美元(x(x(x(x(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) (trel(美元) (t

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