We introduce the concept of multilevel fair allocation of resources with tree-structured hierarchical relations among agents. While at each level it is possible to consider the problem locally as an allocation of an agent to its children, the multilevel allocation can be seen as a trace capturing the fact that the process is iterated until the leaves of the tree. In principle, each intermediary node may have its own local allocation mechanism. The main challenge is then to design algorithms which can retain good fairness and efficiency properties. In this paper we propose two original algorithms under the assumption that leaves of the tree have matroid-rank utility functions and the utility of any internal node is the sum of the utilities of its children. The first one is a generic polynomial-time sequential algorithm that comes with theoretical guarantees in terms of efficiency and fairness. It operates in a top-down fashion -- as commonly observed in real-world applications -- and is compatible with various local algorithms. The second one extends the recently proposed General Yankee Swap to the multilevel setting. This extension comes with efficiency guarantees only, but we show that it preserves excellent fairness properties in practice.


翻译:我们提出了具有树状层次结构关系的多层级资源公平分配概念。虽然每一层级可局部视为父节点向其子节点的分配问题,但多层级分配可视为捕捉该过程直至树叶节点的迭代轨迹。原则上,每个中间节点可拥有独立的局部分配机制。核心挑战在于设计能保持良好公平性与效率特性的算法。本文在假设叶节点具有拟阵秩效用函数且任意内部节点效用为其子节点效用之和的前提下,提出两种创新算法。第一种是通用的多项式时间顺序算法,具有理论保证的效率与公平性。该算法采用自上而下的运作方式——符合实际应用中的常见模式——并能兼容多种局部算法。第二种算法将近期提出的General Yankee Swap扩展至多层级场景。该扩展仅具备效率保证,但我们通过实践验证其能保持优异的公平特性。

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