Arising from structural graph theory, treewidth has become a focus of study in fixed-parameter tractable algorithms in various communities including combinatorics, integer-linear programming, and numerical analysis. Many NP-hard problems are known to be solvable in $\widetilde{O}(n \cdot 2^{O(\mathrm{tw})})$ time, where $\mathrm{tw}$ is the treewidth of the input graph. Analogously, many problems in P should be solvable in $\widetilde{O}(n \cdot \mathrm{tw}^{O(1)})$ time; however, due to the lack of appropriate tools, only a few such results are currently known. [Fom+18] conjectured this to hold as broadly as all linear programs; in our paper, we show this is true: Given a linear program of the form $\min_{Ax=b,\ell \leq x\leq u} c^{\top} x$, and a width-$\tau$ tree decomposition of a graph $G_A$ related to $A$, we show how to solve it in time $$\widetilde{O}(n \cdot \tau^2 \log (1/\varepsilon)),$$ where $n$ is the number of variables and $\varepsilon$ is the relative accuracy. Combined with recent techniques in vertex-capacitated flow [BGS21], this leads to an algorithm with $\widetilde{O}(n \cdot \mathrm{tw}^2 \log (1/\varepsilon))$ run-time. Besides being the first of its kind, our algorithm has run-time nearly matching the fastest run-time for solving the sub-problem $Ax=b$ (under the assumption that no fast matrix multiplication is used). We obtain these results by combining recent techniques in interior-point methods (IPMs), sketching, and a novel representation of the solution under a multiscale basis similar to the wavelet basis.


翻译:由结构图理论产生, 树枝已经成为一个研究焦点, 在多个社区中固定参数的可移动算法中, 包括组合计算器、 整整线编程和数字分析。 许多 NP- hard 问题在$\ 全局化{ O} (n\ cdot 2\\\\\\ (materm{tw}}) 美元 时间, $\ mathrm{ tw} 是输入图的斜度 。 模拟中, P 的许多问题应该在 $\ 全局化计算器、 整线性计算器 3x 的可溶解 。 以 $ 美元 的直线性程序( $\ xxxx 平面化程序), 以 美元 美元 直局化法 。 以 美元 美元 和 美元 直局為直局 。

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