Low congestion shortcuts, introduced by Ghaffari and Haeupler (SODA 2016), provide a unified framework for global optimization problems in the congest model of distributed computing. Roughly speaking, for a given graph $G$ and a collection of vertex-disjoint connected subsets $S_1,\ldots, S_\ell \subseteq V(G)$, $(c,d)$ low-congestion shortcuts augment each subgraph $G[S_i]$ with a subgraph $H_i \subseteq G$ such that: (i) each edge appears on at most $c$ subgraphs (congestion bound), and (ii) the diameter of each subgraph $G[S_i] \cup H_i$ is bounded by $d$ (dilation bound). It is desirable to compute shortcuts of small congestion and dilation as these quantities capture the round complexity of many global optimization problems in the congest model. For $n$-vertex graphs with constant diameter $D=O(1)$, Das-Sarma et al. (STOC 2011, SIAM J. Comput. 2012) presented an (implicit) shortcuts lower bound with (As usual, $\tilde{O}()$ and $\tilde{\Omega}()$ hide poly-logarithmic factors.) $c+d=\widetilde{\Omega}(n^{(D-2)/(2D-2)})$. A nearly matching upper bound, however, was only recently obtained for $D \in \{3,4\}$ by Kitamura et al. (DISC 2019). In this work, we resolve the long-standing complexity gap of shortcuts in constant diameter graphs, originally posed by Lotker et al. (PODC 2001). We present new shortcut constructions which match, up to poly-logarithmic terms, the lower bounds of Das-Sarma et al. As a result, we provide improved and existentially optimal algorithms for several network optimization tasks in constant diameter graphs, including MST, $(1+\epsilon)$-approximate minimum cuts and more.


翻译:由 Ghaffari 和 Haupler (SODA 2016) 推出的低拥堵捷径为分布式计算模型中全球优化问题提供了一个统一框架。 粗略地说, 对于给定的图形 $G$, 收集的顶端- 断层连接子集$S_ 1,\ldots, S ⁇ ell\ subseteq V( G) $( c, d) 低端捷径增加每个子集$G[ S_i] $[S_ $], 下层为 $H_ i/ subseteq g$, 下层为:(一) 每端端显示最多为 $C$( D) 直径, 上层为 美元( DO_ dalia), 下层网络的直径直径直径直直直( O_ dal_ dirmaxal), 直径直径直径( Stal_ dal_ dirmaxal_al_al_al_al) 。 ASimal_ a ASal_ a ASudal_ a. ASildal_ a. (ST- ASm) ASmaxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

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