We propose JFR, a Bellman-Ford-based optimization framework leveraging frontier contraction and abstract multi-hop jump propagation to accelerate shortest-path computation while strictly preserving correctness. JFR achieves substantial reductions in relaxation operations, ranging from -31 to 99 percent, across sparse, dense, and negative-edge graphs, ensuring robust performance even under adversarial or highly connected topologies. On ultra-large graphs with up to N=10,000 nodes and 55,000,000 edges, JFR maintains strong operational reductions and comparable or improved runtime relative to SPFA-SLF, demonstrating consistent robustness across graph size and density. Lower relaxation counts imply reduced memory-access overheads and computational effort; this normalized work reduction highlights JFR's suitability for scenarios requiring high throughput or energy-conscious operation. Future work focuses on integrating high-performance queue structures, adaptive frontier strategies, and cache-aware techniques to further reduce constant-factor overheads and fully realize JFR's practical runtime potential.


翻译:我们提出JFR,一个基于Bellman-Ford的优化框架,它利用前沿收缩和抽象多跳跳跃传播来加速最短路径计算,同时严格保持正确性。在稀疏、稠密以及包含负权边的图上,JFR实现了松弛操作的大幅减少,减少幅度在31%到99%之间,确保了即使在对抗性或高度连通的拓扑结构下也具有鲁棒的性能。在节点数高达N=10,000、边数高达55,000,000的超大规模图上,JFR保持了显著的操作减少,并且相对于SPFA-SLF算法具有相当或更优的运行时间,证明了其在图规模和密度上的一致鲁棒性。更低的松弛次数意味着内存访问开销和计算量的减少;这种归一化的工作量减少突显了JFR适用于需要高吞吐量或对能耗敏感的场景。未来的工作将集中于集成高性能队列结构、自适应前沿策略以及缓存感知技术,以进一步降低常数因子开销,并充分实现JFR的实际运行时间潜力。

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