We present near-optimal algorithms for detecting small vertex cuts in the CONGEST model of distributed computing. Despite extensive research in this area, our understanding of the vertex connectivity of a graph is still incomplete, especially in the distributed setting. To this date, all distributed algorithms for detecting cut vertices suffer from an inherent dependency in the maximum degree of the graph, $\Delta$. Hence, in particular, there is no truly sub-linear time algorithm for this problem, not even for detecting a single cut vertex. We take a new algorithmic approach for vertex connectivity which allows us to bypass the existing $\Delta$ barrier. As a warm-up to our approach, we show a simple $\widetilde{O}(D)$-round randomized algorithm for computing all cut vertices in a $D$-diameter $n$-vertex graph. This improves upon the $O(D+\Delta/\log n)$-round algorithm of [Pritchard and Thurimella, ICALP 2008]. Our key technical contribution is an $\widetilde{O}(D)$-round randomized algorithm for computing all cut pairs in the graph, improving upon the state-of-the-art $O(\Delta \cdot D)^4$-round algorithm by [Parter, DISC '19]. Note that even for the considerably simpler setting of edge cuts, currently $\widetilde{O}(D)$-round algorithms are known only for detecting pairs of cut edges. Our approach is based on employing the well-known linear graph sketching technique [Ahn, Guha and McGregor, SODA 2012] along with the heavy-light tree decomposition of [Sleator and Tarjan, STOC 1981]. Combining this with a careful characterization of the survivable subgraphs, allows us to determine the connectivity of $G \setminus \{x,y\}$ for every pair $x,y \in V$, using $\widetilde{O}(D)$-rounds. We believe that the tools provided in this paper are useful for omitting the $\Delta$-dependency even for larger cut values.


翻译:我们提出接近最佳的算法, 用于检测2012 年的 CONGEST 分布式计算模型中的小脊椎切除值。 尽管我们在这方面进行了广泛的研究, 我们对图表的脊椎连接性仍不完整, 特别是在分布式设置中。 到这个日期, 所有用于检测切脊椎的分布式算法都有内在的依附性。 因此, 这个问题没有真正的亚线性时间算法, 甚至不是用于检测一个单切断的顶端。 我们对顶端连接的新算法, 使我们能够绕过现有的 $\ Delta 的脊椎连接性连接性, 特别是在分布式设置一个简单的 $\ D- 美元 美元 美元 。 用于计算所有脊椎的 美元 美元 美元 美元 美元 美元 。 用于 以 美元 ( D\ delta/\ log n ) 的 直线性算算法, 以更清晰的 美元 。

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