We consider the problem of designing deterministic graph algorithms for the model of Massively Parallel Computation (MPC) that improve with the sparsity of the input graph, as measured by the notion of arboricity. For the problems of maximal independent set (MIS), maximal matching (MM), and vertex coloring, we improve the state of the art as follows. Let $\lambda$ denote the arboricity of the $n$-node input graph with maximum degree $\Delta$. MIS and MM: We develop a deterministic fully-scalable algorithm that reduces the maximum degree to $poly(\lambda)$ in $O(\log \log n)$ rounds, improving and simplifying the randomized $O(\log \log n)$-round $poly(\max(\lambda, \log n))$-degree reduction of Ghaffari, Grunau, Jin [DISC'20]. Our approach when combined with the state-of-the-art $O(\log \Delta + \log \log n)$-round algorithm by Czumaj, Davies, Parter [SPAA'20, TALG'21] leads to an improved deterministic round complexity of $O(\log \lambda + \log \log n)$ for MIS and MM in low-space MPC. We also extend above MIS and MM algorithms to work with linear global memory. Specifically, we show that both problems can be solved in deterministic time $O(\min(\log n, \log \lambda \cdot \log \log n))$, and even in $O(\log \log n)$ time for graphs with arboricity at most $\log^{O(1)} \log n$. In this setting, only a $O(\log^2 \log n)$-running time bound for trees was known due to Latypov and Uitto [ArXiv'21]. Vertex Coloring: We present a $O(1)$-round deterministic algorithm for the problem of $O(\lambda)$-coloring in linear-memory MPC with relaxed global memory of $n \cdot poly(\lambda)$ that solves the problem after just one single graph partitioning step. This matches the state-of-the-art randomized round complexity by Ghaffari and Sayyadi [ICALP'19] and improves upon the deterministic $O(\lambda^{\epsilon})$-round algorithm by Barenboim and Khazanov [CSR'18].


翻译:我们考虑为模型“质量平行计算”设计确定式图表算法的问题,这种算法随着输入图的广度而得到改善,用自动调整概念来衡量。对于最大独立数据集(MIS)、最大匹配(MM)和顶点颜色的问题,我们按以下方式改进了艺术状态。让$(lambda) 来表示以最高程度为美元(n-node) 输入图的偏差度($- delta$ 。MIS 和 MM:我们开发了一个完全可测量的计算价($ ) 的计算法,以美元(lam), 改善和简化 美元(max(\lamda,\log nn), 将Gafffari, Gruna, Jin(C'20 ) 时间降低。当我们的方法与目前状态(n-art 美元) 美元(O\\\ lam) 的计算成本(AL), 也通过内部货币(max) 来显示(max) 时间(W) 20) 的计算。

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