Lightness and sparsity are two natural parameters for Euclidean $(1+\varepsilon)$-spanners. Classical results show that, when the dimension $d\in \mathbb{N}$ and $\varepsilon>0$ are constant, every set $S$ of $n$ points in $d$-space admits an $(1+\varepsilon)$-spanners with $O(n)$ edges and weight proportional to that of the Euclidean MST of $S$. Tight bounds on the dependence on $\varepsilon>0$ for constant $d\in \mathbb{N}$ have been established only recently. Le and Solomon (FOCS 2019) showed that Steiner points can substantially improve the lightness and sparsity of a $(1+\varepsilon)$-spanner. They gave upper bounds of $\tilde{O}(\varepsilon^{-(d+1)/2})$ for the minimum lightness in dimensions $d\geq 3$, and $\tilde{O}(\varepsilon^{-(d-1))/2})$ for the minimum sparsity in $d$-space for all $d\geq 1$. They obtained lower bounds only in the plane ($d=2$). Le and Solomon (ESA 2020) also constructed Steiner $(1+\varepsilon)$-spanners of lightness $O(\varepsilon^{-1}\log\Delta)$ in the plane, where $\Delta\in \Omega(\log n)$ is the \emph{spread} of $S$, defined as the ratio between the maximum and minimum distance between a pair of points. In this work, we improve several bounds on the lightness and sparsity of Euclidean Steiner $(1+\varepsilon)$-spanners. Using a new geometric analysis, we establish lower bounds of $\Omega(\varepsilon^{-d/2})$ for the lightness and $\Omega(\varepsilon^{-(d-1)/2})$ for the sparsity of such spanners in Euclidean $d$-space for all $d\geq 2$. We use the geometric insight from our lower bound analysis to construct Steiner $(1+\varepsilon)$-spanners of lightness $O(\varepsilon^{-1}\log n)$ for $n$ points in Euclidean plane.
翻译:亮度和度度是美元基量的自然参数。 经典结果表明, 当美元基量和美元基量保持不变时, 每设定美元基量在美元基量中为美元基量, 美元基量在美元基量上( 1 瓦里普西隆) 美元基量中, 美元基量在美元基量上( 美元基量), 美元基量在美元基量中, 美元基量在美元基量中, 美元基量在美元基量中, 美元基量在美元基量中, 美元基量在美元基量中, 美元基量在美元基量中, 美元基量在美元基量中, 美元基量在美元基量中, 美元基量在美元基量中, 美元基量在美元基量中, 基量在美元基量的基量中, 基量在美元基量中, 基量在美元基量- 基量的基量中, 基量在美元基量中, 基量的基量中, 基量在美元基量中, 基量( 基量- 基量在美元基量中, 基量- 基量- 基量中, 基量 基量中, 基量在美元基量中, 基量在美元基量中, 基量在美元基量中, 基量( 基量中, 基量中, 基量中, 基量中, 基量中, 基量在美元基量中, 基量 基量中, 基量 基量中, 基量 基量 基量在美元基量 基量 基量在基量 基量 基量 基量中, 基量 基量 基量 基量中, 基量在基量在基量 基量在美元基量在基量中, 基量中, 基量中, 基量 基量在美元基量中, 基量中, 基量中, 基量 基量 基量 基量 基量 基量 基量 基量 基量 基量 基量 基量 基量 基量