In this work, we study the socially fair $k$-median/$k$-means problem. We are given a set of points $P$ in a metric space $\mathcal{X}$ with a distance function $d(.,.)$. There are $\ell$ groups: $P_1,\dotsc,P_{\ell} \subseteq P$. We are also given a set $F$ of feasible centers in $\mathcal{X}$. The goal of the socially fair $k$-median problem is to find a set $C \subseteq F$ of $k$ centers that minimizes the maximum average cost over all the groups. That is, find $C$ that minimizes the objective function $\Phi(C,P) \equiv \max_{j} \sum_{x \in P_j} d(C,x)/|P_j|$, where $d(C,x)$ is the distance of $x$ to the closest center in $C$. The socially fair $k$-means problem is defined similarly by using squared distances, i.e., $d^{2}(.,.)$ instead of $d(.,.)$. In this work, we design $(5+\varepsilon)$ and $(33 + \varepsilon)$ approximation algorithms for the socially fair $k$-median and $k$-means problems, respectively. For the parameters: $k$ and $\ell$, the algorithms have an FPT (fixed parameter tractable) running time of $f(k,\ell,\varepsilon) \cdot n$ for $f(k,\ell,\varepsilon) = 2^{{O}(k \, \ell/\varepsilon)}$ and $n = |P \cup F|$. We also study a special case of the problem where the centers are allowed to be chosen from the point set $P$, i.e., $P \subseteq F$. For this special case, our algorithms give better approximation guarantees of $(4+\varepsilon)$ and $(18+\varepsilon)$ for the socially fair $k$-median and $k$-means problems, respectively. Furthermore, we convert these algorithms to constant pass log-space streaming algorithms. Lastly, we show FPT hardness of approximation results for the problem with a small gap between our upper and lower bounds.
翻译:在这项工作中,我们研究的是社会上公平的美元/美元(美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-美元-