Shortest paths problems are subject to extensive studies in classic distributed models such as the CONGEST or congested clique, which describe the way in which nodes may communicate in order to solve such a problem. %where nodes initially know only the distance to their neighbors in some graph and must compute distances to any other node with as few communication rounds as possible. This article focuses on hybrid networks, which give nodes access to multiple, different modes of communication, in particular the HYBRID model which combines unrestricted local communication along edges of the input graph alongside heavily restricted global communication between arbitrary pairs of nodes. Previous work [Augustine et al, SODA'20, Kuhn et al. PODC'20] showed that each node learning its distance to $k$ dedicated source nodes (aka the $k$-SSP problem) takes at least $\tilOm(\!\sqrt{k})$ rounds in the HYBRID model, even for polynomial approximations. This lower bound was matched with algorithmic solutions for $k \geq n^{2/3}$. However, as $k$ gets smaller, the gap between the known upper and lower bounds diverges and even becomes exponential for the single source shortest paths problem (SSSP). In this work we plug this gap for the whole range of $k$ (up to terms that are polylogarithmic in $n$), by giving algorithmic solutions for $k$-SSP in $\tilO\big(\!\sqrt k\big)$ rounds for any $k$.


翻译:最短路径问题受到经典分布式模型(如CONGEST或拥塞丛)的广泛研究,它们描述了节点如何进行通信以解决这样的问题。本文重点研究混合网络,它们为节点提供了多个不同的通信模式,特别是HYBRID模型,它将输入图的无限制本地通信与任意对节点之间的严格限制的全局通信相结合。以前的工作[Augustine等人,SODA'20,Kuhn等人,PODC'20]表明,在HYBRID模型中,每个节点学习到其到k个专用源节点(称为k-SSP问题)的距离至少需要$\tilOm(\!\sqrt{k})$回合,即使进行多项式逼近也是如此。该下界已经匹配了$k \geq n^{2/3}$的算法解决方案。但是,随着k的减小,已知上下限之间的差距越来越大,甚至在单源最短路径问题(SSSP)中变成指数级。在这项工作中,我们通过给出任何k的$\tilO\big(\!\sqrt k\big)$回合的算法解决方案来填补这个差距,覆盖了整个k范围(直到$n$的对数的多项式级)。

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最短路径问题是图论研究中的一个经典算法问题,旨在寻找图(由结点和路径组成的)中两结点之间的最短路径。算法具体的形式包括: * 确定起点的最短路径问题 - 即已知起始结点,求最短路径的问题。适合使用Dijkstra算法。 * 确定终点的最短路径问题 - 与确定起点的问题相反,该问题是已知终结结点,求最短路径的问题。在无向图中该问题与确定起点的问题完全等同,在有向图中该问题等同于把所有路径方向反转的确定起点的问题。 * 确定起点终点的最短路径问题 - 即已知起点和终点,求两结点之间的最短路径。 * 全局最短路径问题 - 求图中所有的最短路径。适合使用Floyd-Warshall算法。 用于解决最短路径问题的算法被称做“最短路径算法”,有时被简称作“路径算法”。最常用的路径算法有: * Dijkstra算法 * A*算法 * Bellman-Ford算法 * SPFA算法(Bellman-Ford算法的改进版本) * Floyd-Warshall算法 * Johnson算法 * Bi-Direction BFS算法 這是與数学相關的小作品。你可以通过编辑或修订扩充其内容。
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