We prove a few new lower bounds on the randomized competitive ratio for the $k$-server problem and other related problems, resolving some long-standing conjectures. In particular, for metrical task systems (MTS) we asympotically settle the competitive ratio and obtain the first improvement to an existential lower bound since the introduction of the model 35 years ago (in 1987). More concretely, we show: 1. There exist $(k+1)$-point metric spaces in which the randomized competitive ratio for the $k$-server problem is $\Omega(\log^2 k)$. This refutes the folklore conjecture (which is known to hold in some families of metrics) that in all metric spaces with at least $k+1$ points, the competitive ratio is $\Theta(\log k)$. 2. Consequently, there exist $n$-point metric spaces in which the randomized competitive ratio for MTS is $\Omega(\log^2 n)$. This matches the upper bound that holds for all metrics. The previously best existential lower bound was $\Omega(\log n)$ (which was known to be tight for some families of metrics). 3. For all $k<n\in\mathbb N$, for *all* $n$-point metric spaces the randomized $k$-server competitive ratio is at least $\Omega(\log k)$, and consequently the randomized MTS competitive ratio is at least $\Omega(\log n)$. These universal lower bounds are asymptotically tight. The previous bounds were $\Omega(\log k/\log\log k)$ and $\Omega(\log n/\log \log n)$, respectively. 4. The randomized competitive ratio for the $w$-set metrical service systems problem, and its equivalent width-$w$ layered graph traversal problem, is $\Omega(w^2)$. This slightly improves the previous lower bound and matches the recently discovered upper bound. 5. Our results imply improved lower bounds for other problems like $k$-taxi, distributed paging and metric allocation. These lower bounds share a common thread, and other than the third bound, also a common construction.


翻译:更具体地说,我们证明,在nrotisal equality reserver $k$(k+1) 的任意竞争比率方面,我们没有多少新的下限,解决了一些长期的推测。特别是,对于衡量任务系统(MTS),我们无止境地解决了竞争比率,并且从35年前引入模型(1987年)以来,首次改进了生存的下限。更具体地说,我们发现:1美元(k+1) 的基点度空间,美元-服务器问题的随机通用竞争比率是5美元(log2 k) 美元(og) 。这驳斥了民俗的调调调调调调调调(据知,一些计量家庭持有的美元+1美元),竞争比率是$(ta) (g+1) 。因此,存在美元(g) 基点的基点空间的随机竞争比率是美元(log2 n) 。对于所有指标而言,最低的基调是美元。

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