We consider a natural generalization of the Steiner tree problem, the Steiner forest problem, in the Euclidean plane: the input is a multiset $X \subseteq \mathbb{R}^2$, partitioned into $k$ color classes $C_1, C_2, \ldots, C_k \subseteq X$. The goal is to find a minimum-cost Euclidean graph $G$ such that every color class $C_i$ is connected in $G$. We study this Steiner forest problem in the streaming setting, where the stream consists of insertions and deletions of points to $X$. Each input point $x\in X$ arrives with its color $\mathsf{color}(x) \in [k]$, and as usual for dynamic geometric streams, the input points are restricted to the discrete grid $\{0, \ldots, \Delta\}^2$. We design a single-pass streaming algorithm that uses $\mathrm{poly}(k \cdot \log\Delta)$ space and time, and estimates the cost of an optimal Steiner forest solution within ratio arbitrarily close to the famous Euclidean Steiner ratio $\alpha_2$ (currently $1.1547 \le \alpha_2 \le 1.214$). Our approach relies on a novel combination of streaming techniques, like sampling and linear sketching, with the classical dynamic-programming framework for geometric optimization problems, which usually requires large memory and has so far not been applied in the streaming setting. We complement our streaming algorithm for the Steiner forest problem with simple arguments showing that any finite approximation requires $\Omega(k)$ bits of space. In addition, our approximation ratio is currently the best even for streaming Steiner tree, i.e., $k=1$.


翻译:我们考虑将施泰纳树问题,即施泰纳森林问题自然概括化为斯泰纳树问题,在Euclidean平面中,我们研究的是施泰纳森林问题:输入是一个多立方美元=subseteque =mathbb{R ⁇ 2美元:输入是一个多立方美元=x subseteqeqe $C_1,C_2,C_k=subsetequex美元。我们的目标是找到一个最低成本的 Euclidean 图形 $G$(美元),每个彩色等级$C_i i 。我们研究的是Steina森林问题,每个输入点$Xx=xxxxxxxxx美元 彩色= 美元,作为动态几立体流的常规,输入的是离电网$0, eldototo2$2$。我们设计一个使用 $\mathrm{poly 的单一流算法, rodeal dreal droom exal_mail exal droup ex exlation ex ex ex exl laus mess laus mess lax laxxxxl_xxl_xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

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