We study the performance of Markov chains for the $q$-state ferromagnetic Potts model on random regular graphs. It is conjectured that their performance is dictated by metastability phenomena, i.e., the presence of "phases" (clusters) in the sample space where Markov chains with local update rules, such as the Glauber dynamics, are bound to take exponential time to escape, and therefore cause slow mixing. The phases that are believed to drive these metastability phenomena in the case of the Potts model emerge as local, rather than global, maxima of the so-called Bethe functional, and previous approaches of analysing these phases based on optimisation arguments fall short of the task. Our first contribution is to detail the emergence of the metastable phases for the $q$-state Potts model on the $d$-regular random graph for all integers $q,d\geq 3$, and establish that for an interval of temperatures, delineated by the uniqueness and the Kesten-Stigum thresholds on the $d$-regular tree, the two phases coexist. The proofs are based on a conceptual connection between spatial properties and the structure of the Potts distribution on the random regular graph, rather than complicated moment calculations. Based on this new structural understanding of the model, we obtain various algorithmic consequences. We first complement recent fast mixing results for Glauber dynamics by Blanca and Gheissari below the uniqueness threshold, showing an exponential lower bound on the mixing time above the uniqueness threshold. Then, we obtain tight results even for the non-local Swendsen-Wang chain, where we establish slow mixing/metastability for the whole interval of temperatures where the chain is conjectured to mix slowly on the random regular graph. The key is to bound the conductance of the chains using a random graph "planting" argument combined with delicate bounds on random-graph percolation.


翻译:我们用随机的普通图形来研究 Markov 链条的性能, 用于 $qq$ state 铁磁波模型。 我们推测的是, 它们的性能是由超常现象决定的, 也就是说, 在样本空间里, Markov 链条与本地更新规则, 例如 Glauber 动态, 必然需要指数化时间才能逃脱, 从而导致缓慢的混合。 在Potts 模型中, 被认为是驱动这些变现现象的阶段, 以当地而非全球的方式出现, 所谓的Bethe 功能最大, 以及以前根据优化参数参数分析这些阶段的方法。 也就是说, 在样本中存在“ 阶段 阶段 ”, 即 以美元为单位的元- 州更新规则为单位的 Mark 。 用于所有混合 的以美元为单位, dgeq 3, 并以此为单位, 以恒定温度为单位, 以独特的温度为单位, 由我们固定的平价- 标准, 在固定的不固定的不固定的平局的平价结构结构结构中,, 以不断的平流的平局的平局的平局 。

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