We consider the design of sublinear space and query complexity algorithms for estimating the cost of a minimum spanning tree (MST) and the cost of a minimum traveling salesman (TSP) tour in a metric on $n$ points. We first consider the $o(n)$-space regime and show that, when the input is a stream of all $\binom{n}{2}$ entries of the metric, for any $\alpha \ge 2$, both MST and TSP cost can be $\alpha$-approximated using $\tilde{O}(n/\alpha)$ space, and that $\Omega(n/\alpha^2)$ space is necessary for this task. Moreover, we show that even if the streaming algorithm is allowed $p$ passes over a metric stream, it still requires $\tilde{\Omega}(\sqrt{n/\alpha p^2})$ space. We next consider the semi-streaming regime, where computing even the exact MST cost is easy and the main challenge is to estimate TSP cost to within a factor that is strictly better than $2$. We show that, if the input is a stream of all edges of the weighted graph that induces the underlying metric, for any $\varepsilon > 0$, any one-pass $(2-\varepsilon)$-approximation of TSP cost requires $\Omega(\varepsilon^2 n^2)$ space; on the other hand, there is an $\tilde{O}(n)$ space two-pass algorithm that approximates the TSP cost to within a factor of 1.96. Finally, we consider the query complexity of estimating metric TSP cost to within a factor that is strictly better than $2$, when the algorithm is given access to a matrix that specifies pairwise distances between all points. For MST estimation in this model, it is known that a $(1+\varepsilon)$-approximation is achievable with $\tilde{O}(n/\varepsilon^{O(1)})$ queries. We design an algorithm that performs $\tilde{O}(n^{1.5})$ distance queries and achieves a strictly better than $2$-approximation when either the metric is known to contain a spanning tree supported on weight-$1$ edges or the algorithm is given access to a minimum spanning tree of the graph.


翻译:我们考虑亚线性空间和查询复杂算法的设计,以估算以美元计的最小树(MST)成本和以美元计的最低旅行销售员(TSP)成本。我们首先考虑美元-空间制度,并显示,如果输入是所有美元(binom)和(n)2美元(美元)的流流,那么对于任何美元(a)来说,MST和TSP成本都可以是1美元-美元(美元)的平面(美元)成本,使用美元(美元)的平面(n/alpha)空间,估算最低旅行销售员(TSP)的成本。我们首先考虑美元(o)的美元(n/n) 美元(美元),即使输入的美元(n),美元(n)美元(n),美元(n)的平面(n)和TSP成本($(美元)的成本可以比美元(美元)的平面(美元)更接近空间。我们接下来考虑的是半流制度,在这种制度中,计算准确的MST成本是容易的,而主要的挑战是 美元(tal)的平流(tro)的计算一个成本。

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