In this paper, we study the problem of non-adaptive group testing, in which one seeks to identify which items are defective given a set of suitably-designed tests whose outcomes indicate whether or not at least one defective item was included in the test. The most widespread recovery criterion seeks to exactly recover the entire defective set, and relaxed criteria such as approximate recovery and list decoding have also been considered. In this paper, we study the fundamental limits of group testing under the significantly relaxed {\em weak recovery} criterion, which only seeks to identify a small fraction (e.g., $0.01$) of the defective items. Given the near-optimality of i.i.d.~Bernoulli testing for exact recovery in sufficiently sparse scaling regimes, it is natural to ask whether this design additionally succeeds with much fewer tests under weak recovery. Our main negative result shows that this is not the case, and in fact, under i.i.d.~Bernoulli random testing in the sufficiently sparse regime, an {\em all-or-nothing} phenomenon occurs: When the number of tests is slightly below a threshold, weak recovery is impossible, whereas when the number of tests is slightly above the same threshold, high-probability exact recovery is possible. In establishing this result, we additionally prove similar negative results under Bernoulli designs for the weak detection problem (distinguishing between the group testing model vs.~completely random outcomes) and the problem of identifying a single item that is definitely defective. On the positive side, we show that all three relaxed recovery criteria can be attained using considerably fewer tests under suitably-chosen non-Bernoulli designs.


翻译:在本文中,我们研究了非适应性群体测试问题,在其中,我们试图找出哪些物品有缺陷,因为有一套设计得当的测试,其结果显示在测试中是否包括至少一个有缺陷的项目。最广泛的回收标准还试图完全恢复整个有缺陷的成套标准,而宽松的标准,例如大致恢复和清单解码等标准也得到了考虑。在本文件中,我们研究了根据相当宽松的恢复弱度标准进行群体测试的基本限度。在标准中,我们只是试图确定缺陷项目的一小部分(例如,0.01美元 ) 。鉴于I.i.d.~Bernoulli在测试中显示是否将至少有一个缺陷的物品纳入测试。在回收薄弱的情况下,这一设计是否还能以更低得多的测试为成功。我们的主要负面结果表明,情况并非如此,事实上,在i.d. ~ Bernoulli随机测试中,在足够稀少的系统体系中,所有正性测试都可能达到的。 一种现象发生:当测试的负面项目数量略低于基准值时,在深度的回收标准下,在轻微的恢复率下,在测试结果是,在相同的一次测试中,在相同的一次测试中,在相同的一次测试结果中,在相同的测试中,在相同的测试中,在轻微测试中,在相同的测试中可能出现更多的是无法进行。

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