In this work, we develop the low-space Massively Parallel Computation (MPC) complexity landscape for a family of fundamental graph problems on trees. We present a general method that solves most locally checkable labeling (LCL) problems exponentially faster in the low-space MPC model than in the LOCAL message passing model. In particular, we show that all solvable LCL problems on trees can be solved in $O(\log n)$ time (high-complexity regime) and that all LCL problems on trees with deterministic complexity $n^{o(1)}$ in the LOCAL model can be solved in $O(\log \log n)$ time (mid-complexity regime). We emphasize that we solve LCL problems on constant-degree trees, our algorithms are deterministic and they work in the low-space MPC model, where local memory is $O(n^\delta)$ for $\delta \in (0,1)$ and global memory is $O(m)$. For the high-complexity regime, there are two key ingredients. One is a novel $O(\log n)$-time tree rooting algorithm, which may be of independent interest. The other ingredient is a novel pointer-chain technique and analysis that allows us to solve any solvable LCL problem on trees in $O(\log n)$ time. For the mid-complexity regime, we adapt the approach by Chang and Pettie [FOCS'17], who gave a canonical LOCAL algorithm for solving LCL problems on trees. For the special case of 3-coloring trees, which is a natural LCL problem with LOCAL time complexity $n^{o(1)}$, we show that our analysis is (conditionally) tight, as it matches the conditional $\Omega(\log \log n)$-time lower bound for component-stable algorithms.


翻译:在这项工作中,我们开发了低空质量平行计算(MPC)复杂景观, 用于树上基本图形问题的家庭。 我们展示了一种一般方法, 解决在低空间标签(LCL)模式中最当地可核实的标签问题(LCL)比LOCAL信息传递模式中更快。 特别是, 我们显示, 树上所有可溶解的LCL问题都可以用美元( log n) 时间解决( 高兼容度制度), 具有确定性复杂性的树上的所有LCL问题( 确定性复杂性 $ 美元 ) 。 LOCL 模式中的所有LCL 问题都可以用美元解决( 确定性费用 美元 ) 。 对于高复杂性制度来说, $CLCL 成本( 美元) 规则中值( 美元) 的LCLL- cal 规则中值是两个关键要素 。 其中, LCLCL- coloral- 系统中的一种是新的 Ral- 数据分析 。

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