Connectivity augmentation problems are among the most elementary questions in Network Design. Many of these problems admit natural $2$-approximation algorithms, often through various classic techniques, whereas it remains open whether approximation factors below $2$ can be achieved. One of the most basic examples thereof is the Weighted Connectivity Augmentation Problem (WCAP). In WCAP, one is given an undirected graph together with a set of additional weighted candidate edges, and the task is to find a cheapest set of candidate edges whose addition to the graph increases its edge-connectivity. We present a $(1.5+\varepsilon)$-approximation algorithm for WCAP, showing for the first time that factors below $2$ are achievable. On a high level, we design a well-chosen local search algorithm, inspired by recent advances for Weighted Tree Augmentation. To measure progress, we consider a directed weakening of WCAP and show that it has highly structured planar solutions. Interpreting a solution of the original problem as one of this directed weakening allows us to describe local exchange steps in a clean and algorithmically amenable way. Leveraging these insights, we show that we can efficiently search for good exchange steps within a component class for link sets that is closely related to bounded treewidth subgraphs of circle graphs. Moreover, we prove that an optimum solution can be decomposed into smaller components, at least one of which leads to a good local search step as long as we did not yet achieve the claimed approximation guarantee.


翻译:连接增强问题是网络设计中最基本的问题之一。 其中许多问题都承认自然的 $$ 接近率算法, 通常是通过各种经典技术, 但仍然可以确定能否实现低于$2的近似系数。 其中最基本的例子之一是“ 加权连接增强问题 ” ( WCAP ) 。 在WCAP 中, 给出了一个非定向图表, 并配有一组额外的加权候选优势, 任务在于找到一套最廉价的候选边缘, 其附加在图表中会增加其边际连接性。 我们为 WCAP 提出了一个 $( 1.5 varepsl) $- 接近率算法算法算法算法算法, 首次显示低于$2美元的因素是可以实现的。 在高层次上, 我们设计了一个精选的本地搜索算法, 并展示了一种精选法的精选法, 作为我们精选的精选方法的精选法的精选法, 我们用一个精选法的精细的精细的精选方法 。

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