We study the fine-grained complexity of graph connectivity problems in unweighted undirected graphs. Recent development shows that all variants of edge connectivity problems, including single-source-single-sink, global, Steiner, single-source, and all-pairs connectivity, are solvable in $m^{1+o(1)}$ time, collapsing the complexity of these problems into the almost-linear-time regime. While, historically, vertex connectivity has been much harder, the recent results showed that both single-source-single-sink and global vertex connectivity can be solved in $m^{1+o(1)}$ time, raising the hope of putting all variants of vertex connectivity problems into the almost-linear-time regime too. We show that this hope is impossible, assuming conjectures on finding 4-cliques. Moreover, we essentially settle the complexity landscape by giving tight bounds for combinatorial algorithms in dense graphs. There are three separate regimes: (1) all-pairs and Steiner vertex connectivity have complexity $\hat{\Theta}(n^{4})$, (2) single-source vertex connectivity has complexity $\hat{\Theta}(n^{3})$, and (3) single-source-single-sink and global vertex connectivity have complexity $\hat{\Theta}(n^{2})$. For graphs with general density, we obtain tight bounds of $\hat{\Theta}(m^{2})$, $\hat{\Theta}(m^{1.5})$, $\hat{\Theta}(m)$, respectively, assuming Gomory-Hu trees for element connectivity can be computed in almost-linear time.


翻译:我们研究了无权无向图中图连通性问题的细粒度复杂性。最近的发展显示,包括单源单汇、全局、Steiner、单源和全对连接性在内的所有变形的边连通性问题都可以在$m^{1+o(1)}$时间内解决,将这些问题的复杂性归结到了几乎线性时间范畴之内。虽然历史上,顶点连接问题要困难得多,但最近的结果表明,单源单汇和全局顶点连接的问题都可以在$m^{1+o(1)}$时间内解决,从而使得都将所有的顶点连接问题都变得可能进入几乎线性时间范畴。我们表明,如果推测基于找4个点的情况,这种希望是不可能实现的。此外,我们实际上通过给出稠密图的组合算法的紧密度,来解决了复杂性问题。有三个不同的区域:(1)全对和Steiner顶点连接的复杂度为$\hat{\Theta}(n^{4})$,(2)单源顶点连接的复杂度为$\hat{\Theta}(n^{3})$,(3)单源单汇和全局顶点连接的复杂度为$\hat{\Theta}(n^{2})$。对于具有一般密度的图形,我们得到了$\hat{\Theta}(m^{2})$、$\hat{\Theta}(m^{1.5})$、$\hat{\Theta}(m)$的紧密度界限,假设Gomory-Hu树的元素连接可以在几乎线性时间内计算。

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