We study the performance of Markov chains for the $q$-state ferromagnetic Potts model on random regular graphs. It is conjectured that their performance is dictated by metastability phenomena, i.e., the presence of "phases" (clusters) in the sample space where Markov chains with local update rules, such as the Glauber dynamics, are bound to take exponential time to escape. The phases that are believed to drive these metastability phenomena in the case of the Potts model emerge as local, rather than global, maxima of the so-called Bethe functional, and previous approaches of analysing these phases based on optimisation arguments fall short of the task. Our first contribution is to detail the emergence of the metastable phases for the $q$-state Potts model on the $d$-regular random graph for all integers $q,d\geq 3$, and establish that for an interval of temperatures, which is delineated by the uniqueness and a broadcasting threshold on the $d$-regular tree, the two phases coexist. The proofs are based on a conceptual connection between spatial properties and the structure of the Potts distribution on the random regular graph, rather than complicated moment calculations. Based on this new structural understanding of the model, we obtain various algorithmic consequences. We first complement recent fast mixing results for Glauber dynamics by Blanca and Gheissari below the uniqueness threshold, showing an exponential lower bound on the mixing time above the uniqueness threshold. Then, we obtain tight results even for the non-local Swendsen-Wang chain, where we establish slow mixing/metastability for the whole interval of temperatures where the chain is conjectured to mix slowly on the random regular graph. The key is to bound the conductance of the chains using a random graph "planting" argument combined with delicate bounds on random-graph percolation.


翻译:我们用随机常规图形来研究马可夫铁磁波模型的产值。 我们推测的是,其性能是由变现现象所决定的。 也就是说, 在样本空间里存在带有当地更新规则(如Glauber动态)的马可夫链的“阶段”(集), 必然需要指数化时间才能逃脱。 在波特模型中, 被认为是驱动这些变现现象的阶段, 以当地而非全球的货币形式出现, 所谓的Bethe 功能的极值, 以及以前根据选取阈值参数分析这些阶段的方法。 我们的第一个贡献是详细描述美元- 州级波特斯克模式的元阶段出现。 对于所有整数(如Glauber), 诸如Glauberbel 动态等, 以指数值计算, 以本地的极值计算, 以本地的极值为基值为基点, 以最低值/ 平流值为基点, 以不固定的温度为基点。 我们的数值为根据一个概念化的基点, 显示当前结构结构结构结构结构结构的变变变。 。 我们的基点的模型的基点, 以当前结构结构结构结构结构结构结构的模型为基点的模型为基点, 的基点的基点, 以正值为基点, 。

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