We consider directed graph algorithms in a streaming setting, focusing on problems concerning orderings of the vertices. This includes such fundamental problems as topological sorting and acyclicity testing. We also study the related problems of finding a minimum feedback arc set (edges whose removal yields an acyclic graph), and finding a sink vertex. We are interested in both adversarially-ordered and randomly-ordered streams. For arbitrary input graphs with edges ordered adversarially, we show that most of these problems have high space complexity, precluding sublinear-space solutions. Some lower bounds also apply when the stream is randomly ordered: e.g., in our most technical result we show that testing acyclicity in the $p$-pass random-order model requires roughly $n^{1+1/p}$ space. For other problems, random ordering can make a dramatic difference: e.g., it is possible to find a sink in an acyclic tournament in the one-pass random-order model using polylog$(n)$ space whereas under adversarial ordering roughly $n^{1/p}$ space is necessary and sufficient given $\Theta(p)$ passes. We also design sublinear algorithms for the feedback arc set problem in tournament graphs; for random graphs; and for randomly ordered streams. In some cases, we give lower bounds establishing that our algorithms are essentially space-optimal. Together, our results complement the much maturer body of work on algorithms for undirected graph streams.


翻译:我们在一个流流环境中考虑定向图表算法,侧重于与脊椎定序有关的问题。这包括地形分类和周期性测试等基本问题。我们还研究找到最低反馈弧集(清除结果产生周期性图的边缘)的相关问题,以及寻找一个水槽顶点。我们感兴趣的是对抗性排序和随机排序的流体。对于带有边缘定购的边缘的任意输入图,我们显示,这些问题大多具有高空间复杂性,排除了亚线空间解决方案。当流随机排序时,一些较低的界限也适用:例如,在我们最技术结果中,我们显示在美元-偏移随机排序模型中测试周期性需要大约$%1+1/p}空间。对于其他问题,随机排序可以产生巨大的差异:例如,在单向的随机补充随机追加游戏中,我们使用多线值(n)美元(n)的空域,而在大约正对美元/n_1/p)的平流中,我们用更低的平价计算结果来测试周期性。在图表中,我们所设定的平流中,我们所要找到的平流体压的平流的平流体。

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