We consider the online minimum cost matching problem on the line, in which there are $n$ servers and, at each of $n$ time steps, a request arrives and must be irrevocably matched to a server that has not yet been matched to, with the goal of minimizing the sum of the distances between the matched pairs. Despite achieving a worst-case competitive ratio that is exponential in $n$, the simple greedy algorithm, which matches each request to its nearest available free server, performs very well in practice. A major question is thus to explain greedy's strong empirical performance. In this paper, we aim to understand the performance of greedy over instances that are at least partially random. When both the requests and the servers are drawn uniformly and independently from $[0,1]$, we show that greedy is constant competitive, which improves over the previously best-known $O(\sqrt{n})$ bound. We extend this constant competitive ratio to a setting with a linear excess of servers, which improves over the previously best-known $O(\log^3{n})$ bound. We moreover show that in the semi-random model where the requests are still drawn uniformly and independently but where the servers are chosen adversarially, greedy achieves an $O(\log{n})$ competitive ratio. When the requests arrive in a random order but are chosen adversarially, it was previously known that greedy is $O(n)$-competitive. Even though this one-sided randomness allows a large improvement in greedy's competitive ratio compared to the model where requests are adversarial and arrive in a random order, we show that it is not sufficient to obtain a constant competitive ratio by giving a tight $\Omega(\log{n})$ lower bound. These results invite further investigation about how much randomness is necessary and sufficient to obtain strong theoretical guarantees for the greedy algorithm for online minimum cost matching, on the line and beyond.
翻译:我们考虑在线最低成本匹配线上的问题,即是否有美元服务器,每10美元的时间步骤中,就会出现一个要求,并且必须不可撤销地与尚未匹配的服务器匹配,目标是将匹配对配对者之间距离的总和最小化。尽管实现了以美元计算的最坏情况竞争比率,但简单的贪婪算法(它符合其最接近的免费服务器)在实践中表现得非常好。因此,一个主要问题是解释贪婪的竞争性比率。在本文中,我们的目标是了解贪婪对至少部分是随机的情况的表现。当请求和服务器被统一和独立地与$[$1,1,1,1,1,1,美元,我们表明贪婪是持续的竞争,这比以前最著名的美元(sqrt{n})的竞争性比率要高得多。我们把这种持续的竞争比率扩大到一个直线性超的服务器,它比以前最著名的美元(O3,3,3,4,9,9,9,9,9,9,9,9,8,8,8,10,10,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,