The densest subgraph problem, introduced in the 80s by Picard and Queyranne as well as Goldberg, is a classic problem in combinatorial optimization with a wide range of applications. The lowest outdegree orientation problem is known to be its dual problem. We study both the problem of finding dense subgraphs and the problem of computing a low outdegree orientation in the distributed settings. Suppose $G=(V,E)$ is the underlying network as well as the input graph. Let $D$ denote the density of the maximum density subgraph of $G$. Our main results are as follows. Given a value $\tilde{D} \leq D$ and $0 < \epsilon < 1$, we show that a subgraph with density at least $(1-\epsilon)\tilde{D}$ can be identified deterministically in $O((\log n) / \epsilon)$ rounds in the LOCAL model. We also present a lower bound showing that our result for the LOCAL model is tight up to an $O(\log n)$ factor. In the CONGEST model, we show that such a subgraph can be identified in $O((\log^3 n) / \epsilon^3)$ rounds with high probability. Our techniques also lead to an $O(diameter + (\log^4 n)/\epsilon^4)$-round algorithm that yields a $1-\epsilon$ approximation to the densest subgraph. This improves upon the previous $O(diameter /\epsilon \cdot \log n)$-round algorithm by Das Sarma et al. [DISC 2012] that only yields a $1/2-\epsilon$ approximation. Given an integer $\tilde{D} \geq D$ and $\Omega(1/\tilde{D}) < \epsilon < 1/4$, we give a deterministic, $\tilde{O}((\log^2 n) /\epsilon^2)$-round algorithm in the CONGEST model that computes an orientation where the outdegree of every vertex is upper bounded by $(1+\epsilon)\tilde{D}$. Previously, the best deterministic algorithm and randomized algorithm by Harris [FOCS 2019] run in $\tilde{O}((\log^6 n)/ \epsilon^4)$ rounds and $\tilde{O}((\log^3 n) /\epsilon^3)$ rounds respectively and only work in the LOCAL model.
翻译:由 Picard 和 Queyranne 以及 Goldberg 在 80 年中引入的密度子图问题。 在使用多种应用的组合优化中是一个典型问题。 已知的最低度方向问题是其双重问题。 我们研究的是在分布式设置中找到密度子图的问题和计算低度方向的问题。 如果$G=( V, E) 是基础网络和输入图。 在 LOCAL 模型中, $( log n) 表示最大密度的密度 $G$。 我们的主要结果如下。 在使用 $\ talde (leq) 和 $@ literaldal_ dalental dalental 上, 我们用 $ $ ==== 美元 美元( literia) 表示密度至少为$( 1\ \ ipl) 的子图表 。 在使用 $( log n=) 美元 和 美元 美元( 美元) 以 美元( 美元) 以 美元/ 美元 以 美元 以 美元 美元 以 美元 美元 以 美元 美元 以 以 美元 以 以 以 以 美元 以 美元 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 美元 以 以 以 以 以 以 以 以 美元 美元 美元 以 以 以 以 以 以 以 美元 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 美元 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以