In the semialgebraic range searching problem, we are to preprocess $n$ points in $\mathbb{R}^d$ s.t. for any query range from a family of constant complexity semialgebraic sets, all the points intersecting the range can be reported or counted efficiently. When the ranges are composed of simplices, the problem can be solved using $S(n)$ space and with $Q(n)$ query time with $S(n)Q^d(n) = \tilde{O}(n^d)$ and this trade-off is almost tight. Consequently, there exists low space structures that use $\tilde{O}(n)$ space with $O(n^{1-1/d})$ query time and fast query structures that use $O(n^d)$ space with $O(\log^{d} n)$ query time. However, for the general semialgebraic ranges, only low space solutions are known, but the best solutions match the same trade-off curve as the simplex queries. It has been conjectured that the same could be done for the fast query case but this open problem has stayed unresolved. Here, we disprove this conjecture. We give the first nontrivial lower bounds for semilagebraic range searching and related problems. We show that any data structure for reporting the points between two concentric circles with $Q(n)$ query time must use $S(n)=\Omega(n^{3-o(1)}/Q(n)^5)$ space, meaning, for $Q(n)=O(\log^{O(1)}n)$, $\Omega(n^{3-o(1)})$ space must be used. We also study the problem of reporting the points between two polynomials of form $Y=\sum_{i=0}^\Delta a_i X^i$ where $a_0, \cdots, a_\Delta$ are given at the query time. We show $S(n)=\Omega(n^{\Delta+1-o(1)}/Q(n)^{\Delta^2+\Delta})$. So for $Q(n)=O(\log^{O(1)}n)$, we must use $\Omega(n^{\Delta+1-o(1)})$ space. For the dual semialgebraic stabbing problems, we show that in linear space, any data structure that solves 2D ring stabbing must use $\Omega(n^{2/3})$ query time. This almost matches the linearization upper bound. For general semialgebraic slab stabbing problems, again, we show an almost tight lower bounds.


翻译:在半地球范围搜索问题中, 对于来自常态复杂度半地球组的任何查询范围, 都可以报告或有效计算所有范围交叉的点。 当范围由 Simplice 组成时, 问题可以使用$S( n) 空间解决, 以$Q( n) 查询时间解决 $S( n) =( n) =( t) =( t) = (n) = (n) = (n) =( t) =( t) =( O) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) =(r) =(O}(n) =(O}(n) }(n) =(n) =(n) ) =(n) =(n) ) =(O}(n) =(n) ) =(n) ) =(n) =(n) =(n) =(n) =(n) ) =(O}(n) ) ) =(美元(n) =(n) =(美元(n) =(n) =(n) ) =(美元(n) =(n) ) =(n) =(d) ) ) =(美元(美元(d) ) ) =(美元(美元(美元(n) ) ) =(美元(d) )=(美元(美元(美元(美元) ) =(美元(n) )=(美元(美元(美元) ) ) =(美元)=(美元) ) ) ) =(美元(美元(美元(美元) )=(美元) ) =(n) )

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