We consider the following computational problem: Given a rooted tree and a ranking of its leaves, what is the minimum number of inversions of the leaves that can be attained by ordering the tree? This variation of the problem of counting inversions in arrays originated in mathematical psychology, with the evaluation of the Mann--Whitney statistic for detecting differences between distributions as a special case. We study the complexity of the problem in the comparison-query model, used for problems like sorting and selection. For many types of trees with $n$ leaves, we establish lower bounds close to the strongest known in the model, namely the lower bound of $\log_2(n!)$ for sorting $n$ items. We show: (a) $\log_2((\alpha(1-\alpha)n)!) - O(\log n)$ queries are needed whenever the tree has a subtree that contains a fraction $\alpha$ of the leaves. This implies a lower bound of $\log_2((\frac{k}{(k+1)^2}n)!) - O(\log n)$ for trees of degree $k$. (b) $\log_2(n!) - O(\log n)$ queries are needed in case the tree is binary. (c) $\log_2(n!) - O(k \log k)$ queries are needed for certain classes of trees of degree $k$, including perfect trees with even $k$. The lower bounds are obtained by developing two novel techniques for a generic problem $\Pi$ in the comparison-query model and applying them to inversion minimization on trees. Both techniques can be described in terms of the Cayley graph of the symmetric group with adjacent-rank transpositions as the generating set. Consider the subgraph consisting of the edges between vertices with the same value under $\Pi$. We show that the size of any decision tree for $\Pi$ must be at least: (i) the number of connected components of this subgraph, and (ii) the factorial of the average degree of the complementary subgraph, divided by $n$. Lower bounds on query complexity then follow by taking the base-2 logarithm.


翻译:我们考虑以下计算问题 : 根植于底植树和树叶的排序。 对于许多类型有美元叶子的树, 我们设置的叶子最低反转数接近于模型中最强的值, 即对美元项目排序的 $\ log_ n. 调值的较低值 。 我们显示:(a) 美元 (al- whitney) 统计以检测分布差异, 是一个特殊案例。 我们研究比较询问模型中问题的复杂性, 用于排序和选择等问题。 对于许多类型有美元叶子的树, 我们设置的下限接近于模型中最强的, 也就是 $( log_ log_ n ) 调值 。 O( log\\ literminal_ rior) 底限值为 $ 。 (O_ log\\ riminal\ rideal) 底值的 O( excideal_ rideal ride) 底值中, 底值为 美元。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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