Expander graphs play a central role in graph theory and algorithms. With a number of powerful algorithmic tools developed around them, such as the Cut-Matching game, expander pruning, expander decomposition, and algorithms for decremental All-Pairs Shortest Paths (APSP) in expanders, to name just a few, the use of expanders in the design of graph algorithms has become ubiquitous. Specific applications of interest to us are fast deterministic algorithms for cut problems in static graphs, and algorithms for dynamic distance-based graph problems, such as APSP. Unfortunately, the use of expanders in these settings incurs a number of drawbacks. For example, the best currently known algorithm for decremental APSP in constant-degree expanders can only achieve a $(\log n)^{O(1/\epsilon^2)}$-approximation with $n^{1+O(\epsilon)}$ total update time for any $\epsilon$. All currently known algorithms for the Cut Player in the Cut-Matching game are either randomized, or provide rather weak guarantees. This, in turn, leads to somewhat weak algorithmic guarantees for several central cut problems: for example, the best current almost linear time deterministic algorithm for Sparsest Cut can only achieve approximation factor $(\log n)^{\omega(1)}$. Lastly, when relying on expanders in distance-based problems, such as dynamic APSP, via current methods, it seems inevitable that one has to settle for approximation factors that are at least $\Omega(\log n)$. In this paper we propose the use of well-connected graphs, and introduce a new algorithmic toolkit for such graphs that, in a sense, mirrors the above mentioned algorithmic tools for expanders. One of these new tools is the Distanced Matching game, an analogue of the Cut-Matching game for well-connected graphs. We demonstrate the power of these new tools by obtaining better results for several of the problems mentioned above.


翻译:扩大的图形在图形理论和算法中扮演着中心角色。 我们感兴趣的具体应用是快速的确定性算法, 包括静态图形中的切开问题, 以及动态的远距图问题的算法, 如 APSP 。 不幸的是, 这些设置中使用的扩展的算法需要若干次反射。 例如, 在常态扩展器中, 变速的全帕最短路径( APSP) 的计算法的最佳目前已知算法只能达到$( log n) ⁇ O (1/\ epsilon2) ; 在图形算法的设计中, 放大的放大器已经变得无处不见。 最小的确定性算法( 降价) 1+O ( Weepsilon) 的计算法, 在任何以 美元计算的直径直径图形中, 快速的计算法似乎能显示一个最不为人们所知的距离值, 在直径直径的游戏中, 最弱的算法的算法会显示一个最弱的算法。

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