In the random geometric graph model $\mathsf{Geo}_d(n,p)$, we identify each of our $n$ vertices with an independently and uniformly sampled vector from the $d$-dimensional unit sphere, and we connect pairs of vertices whose vectors are ``sufficiently close'', such that the marginal probability of an edge is $p$. We investigate the problem of testing for this latent geometry, or in other words, distinguishing an Erd\H{o}s-R\'enyi graph $\mathsf{G}(n, p)$ from a random geometric graph $\mathsf{Geo}_d(n, p)$. It is not too difficult to show that if $d\to \infty$ while $n$ is held fixed, the two distributions become indistinguishable; we wish to understand how fast $d$ must grow as a function of $n$ for indistinguishability to occur. When $p = \frac{\alpha}{n}$ for constant $\alpha$, we prove that if $d \ge \mathrm{polylog} n$, the total variation distance between the two distributions is close to $0$; this improves upon the best previous bound of Brennan, Bresler, and Nagaraj (2020), which required $d \gg n^{3/2}$, and further our result is nearly tight, resolving a conjecture of Bubeck, Ding, Eldan, \& R\'{a}cz (2016) up to logarithmic factors. We also obtain improved upper bounds on the statistical indistinguishability thresholds in $d$ for the full range of $p$ satisfying $\frac{1}{n}\le p\le \frac{1}{2}$, improving upon the previous bounds by polynomial factors. Our analysis uses the Belief Propagation algorithm to characterize the distributions of (subsets of) the random vectors {\em conditioned on producing a particular graph}. In this sense, our analysis is connected to the ``cavity method'' from statistical physics. To analyze this process, we rely on novel sharp estimates for the area of the intersection of a random sphere cap with an arbitrary subset of the sphere, which we prove using optimal transport maps and entropy-transport inequalities on the unit sphere.


翻译:在随机的几何图形模型 $\ mathfsf{Geo2}d(n,p) 中,我们从一个独立和统一地从 $d$ 的单位范围取样的矢量中, 辨明我们每个以美元为单位的脊椎, 并且我们将矢量“ 足够接近” 的两对脊椎连接起来, 这样, 边缘的边缘概率是 $p美元 。 我们调查了这个潜在几何学的测试问题, 或者说, 我们从一个以美元为单位的 美元( R) limath{G} (n, p) 从一个随机的 以美元为单位的向量的向量向量的向量 。 当美元向量的向量向量的向量向量的向量 。 如果以美元为单位的向量的向量, 美元向量的向量的向量, 美元向量的向量向量的向量的速向量的向量 。

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