The combinatorial diameter $\operatorname{diam}(P)$ of a polytope $P$ is the maximum shortest path distance between any pair of vertices. In this paper, we provide upper and lower bounds on the combinatorial diameter of a random "spherical" polytope, which is tight to within one factor of dimension when the number of inequalities is large compared to the dimension. More precisely, for an $n$-dimensional polytope $P$ defined by the intersection of $m$ i.i.d.\ half-spaces whose normals are chosen uniformly from the sphere, we show that $\operatorname{diam}(P)$ is $\Omega(n m^{\frac{1}{n-1}})$ and $O(n^2 m^{\frac{1}{n-1}} + n^5 4^n)$ with high probability when $m \geq 2^{\Omega(n)}$. For the upper bound, we first prove that the number of vertices in any fixed two dimensional projection sharply concentrates around its expectation when $m$ is large, where we rely on the $\Theta(n^2 m^{\frac{1}{n-1}})$ bound on the expectation due to Borgwardt [Math. Oper. Res., 1999]. To obtain the diameter upper bound, we stitch these ``shadows paths'' together over a suitable net using worst-case diameter bounds to connect vertices to the nearest shadow. For the lower bound, we first reduce to lower bounding the diameter of the dual polytope $P^\circ$, corresponding to a random convex hull, by showing the relation $\operatorname{diam}(P) \geq (n-1)(\operatorname{diam}(P^\circ)-2)$. We then prove that the shortest path between any ``nearly'' antipodal pair vertices of $P^\circ$ has length $\Omega(m^{\frac{1}{n-1}})$.
翻译:组合直径 $\ operatorname{ diamm} (P) 美元是任何一对脊椎之间最短的路径距离。 在本文中, 我们提供随机“ 球形” 聚眼的组合直径的上下界限, 当不平等数量与维度相比大时, 它与一个维度系数的内值很接近。 更精确地说, 由 $m (egaq) i. i. d.\ 半空( 平方美元 平方美元 美元) 平方美元 平方美元 平方美元 平方美元 平方美元 平方美元 平方美元 平方美元 平方美元 上下方美元 平方美元 平方美元 平方美元 平方美元 平方美元 平方美元 平方美元 平方美元 平面 平方美元 平方美元 平方美元 平方美元 平方美元 平方美元 平方美元 平面 平方美元 平面 平面 平面 平面 平面 平面 平面 平方美元 平面 平面 平方美元 平面 平面