This paper formalizes connections between stability of polynomials and convergence rates of Markov Chain Monte Carlo (MCMC) algorithms. We prove that if a (multivariate) partition function is nonzero in a region around a real point $\lambda$ then spectral independence holds at $\lambda$. As a consequence, for Holant-type problems (e.g., spin systems) on bounded-degree graphs, we obtain optimal $O(n\log n)$ mixing time bounds for the single-site update Markov chain known as the Glauber dynamics. Our result significantly improves the running time guarantees obtained via the polynomial interpolation method of Barvinok (2017), refined by Patel and Regts (2017). There are a variety of applications of our results. In this paper, we focus on Holant-type (i.e., edge-coloring) problems, including weighted edge covers and weighted even subgraphs. For the weighted edge cover problem (and several natural generalizations) we obtain an $O(n\log{n})$ sampling algorithm on bounded-degree graphs. The even subgraphs problem corresponds to the high-temperature expansion of the ferromagnetic Ising model. We obtain an $O(n\log{n})$ sampling algorithm for the ferromagnetic Ising model with a nonzero external field on bounded-degree graphs, which improves upon the classical result of Jerrum and Sinclair (1993) for this class of graphs. We obtain further applications to antiferromagnetic two-spin models on line graphs, weighted graph homomorphisms, tensor networks, and more.


翻译:本文将多元度值的稳定性和 Markov 链子 Monte Carlo (MCMC) 算法的趋同率 。 我们证明, 如果一个( 多变) 分区函数在真实点周围的区域是非零的, 那么光谱独立将维持在 $\ lambda$ 上 。 因此, 在约束度图上, 我们从 Holant 类型问题( 例如, 旋转系统) 获得最佳的 美元( n\ log n) 和 markoov 的合并率 。 我们的结果大大改进了通过 Barvinok (2017) 的多数值间断法获得的运行时间保障 。 由 Patel 和 Regts ( 2017) 精细的光谱独立 。 因此, 在本文中, 我们把焦点放在 Holant 类型( 例如, 旋转系统) 的问题, 包括 加权边际度 模型 和 亚图 。 对于加权 边缘 问题 ( 和 几个自然直观 ) 我们得到了 $ ( nlogin{ ) 级 等 的 等 的 的 等 的 的 的 。 我们用 的 平级 的 的 平级 的 的 的 的 的 平级 的 的 的 的 的 的 。

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