We prove several new tight distributed lower bounds for classic symmetry breaking graph problems. As a basic tool, we first provide a new insightful proof that any deterministic distributed algorithm that computes a $\Delta$-coloring on $\Delta$-regular trees requires $\Omega(\log_\Delta n)$ rounds and any randomized algorithm requires $\Omega(\log_\Delta\log n)$ rounds. We prove this result by showing that a natural relaxation of the $\Delta$-coloring problem is a fixed point in the round elimination framework. As a first application, we show that our $\Delta$-coloring lower bound proof directly extends to arbdefective colorings. We exactly characterize which variants of the arbdefective coloring problem are "easy", and which of them instead are "hard". As a second application, we use the structure of the fixed point as a building block to prove lower bounds as a function of $\Delta$ for a large class of distributed symmetry breaking problems. For example, we obtain a tight linear-in-$\Delta$ lower bound for computing a maximal independent set in $\Delta$-regular trees. For the case where an initial $O(\Delta)$-coloring is given, we obtain a tight lower bound for computing a $(2,\beta)$-ruling set. Our lower bounds even apply to a much more general family of problems, such as variants of ruling sets where nodes in the set do not need to satisfy the independence requirement, but they only need to satisfy the requirements of some arbdefective coloring. Our lower bounds as a function of $\Delta$ also imply lower bounds as a function of $n$. We obtain, for example, that maximal independent set, on trees, requires $\Omega(\log n / \log \log n)$ rounds for deterministic algorithms, which is tight.


翻译:我们为经典的正对称断面图问题证明了一些新的紧凑分布下线。 作为基本工具, 我们首先提供一个新的有洞察力的证明, 任何计算$\ Delta$ 的确定性分布算法, 在$\ Delta$- 定期树上计算美元\ Delta$- 彩色的确定性分布算法, 需要$\ omega( log\\\ Delta\ n) 回合和任何随机化算法需要$\ omega( log\\ delta\ log n) 轮。 我们通过显示美元- 彩色的自然放松是一个固定点, 在圆际消除框架中, 一个固定的美元是一个固定点的固定点的固定点的固定点的固定点的固定点。 作为美元( 美元) 的固定点的固定点的固定点, 是一个固定点的固定点的固定点的固定点的固定点的功能, 是一个固定点的固定点的固定点的固定点的固定点的固定点的功能, 用于 $ Delta$ 。 作为大分发的美元 的固定点的固定点的固定的固定点的固定的固定点的固定点的固定点的固定点的固定点的固定点,,, 。

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