The vector-balancing problem is a fundamental problem in discrepancy theory: given T vectors in $[-1,1]^n$, find a signing $\sigma(a) \in \{\pm 1\}$ of each vector $a$ to minimize the discrepancy $\| \sum_{a} \sigma(a) \cdot a \|_{\infty}$. This problem has been extensively studied in the static/offline setting. In this paper we initiate its study in the fully-dynamic setting with recourse: the algorithm sees a stream of T insertions and deletions of vectors, and at each time must maintain a low-discrepancy signing, while also minimizing the amortized recourse (the number of times any vector changes its sign) per update. For general vectors, we show algorithms which almost match Spencer's $O(\sqrt{n})$ offline discrepancy bound, with ${O}(n\cdot poly\!\log T)$ amortized recourse per update. The crucial idea is to compute a basic feasible solution to the linear relaxation in a distributed and recursive manner, which helps find a low-discrepancy signing. To bound recourse we argue that only a small part of the instance needs to be re-computed at each update. Since vector balancing has also been greatly studied for sparse vectors, we then give algorithms for low-discrepancy edge orientation, where we dynamically maintain signings for 2-sparse vectors. Alternatively, this can be seen as orienting a dynamic set of edges of an n-vertex graph to minimize the absolute difference between in- and out-degrees at any vertex. We present a deterministic algorithm with $O(poly\!\log n)$ discrepancy and $O(poly\!\log n)$ amortized recourse. The core ideas are to dynamically maintain an expander-decomposition with low recourse and then to show that, as the expanders change over time, a natural local-search algorithm converges quickly (i.e., with low recourse) to a low-discrepancy solution. We also give strong lower bounds for local-search discrepancy minimization algorithms.


翻译:矢量平衡问题是差异理论中的一个根本问题。 在 $[ 1, 1\\n$] 中, 给 T 的矢量在 $[ 1, 1\n$] 中, 找到每个矢量的签名 $\ sgrama (a)\ cdot a ndock a ⁇ incinfty} 。 这个问题在静态/ 离线设置中得到了广泛的研究 。 在本文中, 我们开始在完全动态的环境下进行研究 : 算法看到T 插入和删除矢量的流流, 每次必须保持低偏差的约会方向签名, 同时将摊销的追索( 任何矢量改变的次数) 最大限度地减少 。 对于一般矢量, 我们显示的算法几乎与 Spence $O( sentrentrentral) 的离线值一致 。 然后( ncentral poliate) oral\\\\\\\\\ t) oral disal disal a dated.

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