Upload
cs-center
View
235
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Ïðèáëèæåííîå ðåøåíèåçàäà÷ êîìáèíàòîðíîé îïòèìèçàöèè:
àëãîðèòìû è òðóäíîñòüËåêöèÿ 3: Çàäà÷à îá îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå.
Òåîðåìà Áóðãåéíà
Ì. Âÿëûé
Âû÷èñëèòåëüíûé öåíòð
èì. À.À.Äîðîäíèöûíà
ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ
Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, Computer Science Club, 2016
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 1 / 34
Îäíîðîäíàÿ çàäà÷à îá îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå
Îòíîñèòåëüíûé âåñ ðàçðåçà (S ,V \ S), ∅ ⊂ S ⊂ V , â ãðàôå G (V ,E )
rG (S) =E (S ,V \ S)
|S | · |V \ S |,
(äîëÿ ð¼áåð ãðàôà â ìíîæåñòâå ïàð (âåðøèíà â S , âåðøèíà âíå S)).
Çàäà÷à îá îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå (the sparsest cut problem)
Äàíî: ãðàô G (V ,E )
Íàéòè: ìèíèìàëüíóþ âåëè÷èíó îòíîñèòåëüíîãî ðàçðåçà
rG = min∅⊂S⊂V
rG (S).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 2 / 34
Îäíîðîäíàÿ çàäà÷à îá îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå
Îòíîñèòåëüíûé âåñ ðàçðåçà (S ,V \ S), ∅ ⊂ S ⊂ V , â ãðàôå G (V ,E )
rG (S) =E (S ,V \ S)
|S | · |V \ S |,
(äîëÿ ð¼áåð ãðàôà â ìíîæåñòâå ïàð (âåðøèíà â S , âåðøèíà âíå S)).
Çàäà÷à îá îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå (the sparsest cut problem)
Äàíî: ãðàô G (V ,E )
Íàéòè: ìèíèìàëüíóþ âåëè÷èíó îòíîñèòåëüíîãî ðàçðåçà
rG = min∅⊂S⊂V
rG (S).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 2 / 34
Ñëó÷àé ðåãóëÿðíûõ ãðàôîâ: ð¼áåðíîå ðàñøèðåíèå
Ãðàô ðåãóëÿðíûé, åñëè ñòåïåíè âñåõ âåðøèí ãðàôà îäèíàêîâû.
Êîýôôèöèåíò ð¼áåðíîãî ðàñøèðåíèÿ
hE (G ) = min∅⊂S⊂V
hE (S ,V \ S);
hE (S ,V \ S) =E (S ,V \ S)
d min(|S |, |V \ S |).
Çàäà÷à
Äëÿ d-ðåãóëÿðíîãî ãðàôà íà n âåðøèíàõ
d
n· hE (G ) 6 rG 6
2d
n· hE (G ).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 3 / 34
Ñëó÷àé ðåãóëÿðíûõ ãðàôîâ: ð¼áåðíîå ðàñøèðåíèå
Ãðàô ðåãóëÿðíûé, åñëè ñòåïåíè âñåõ âåðøèí ãðàôà îäèíàêîâû.
Êîýôôèöèåíò ð¼áåðíîãî ðàñøèðåíèÿ
hE (G ) = min∅⊂S⊂V
hE (S ,V \ S);
hE (S ,V \ S) =E (S ,V \ S)
d min(|S |, |V \ S |).
Çàäà÷à
Äëÿ d-ðåãóëÿðíîãî ãðàôà íà n âåðøèíàõ
d
n· hE (G ) 6 rG 6
2d
n· hE (G ).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 3 / 34
Ñëó÷àé ðåãóëÿðíûõ ãðàôîâ: ñïåêòðàëüíûå îöåíêè
Ìàòðèöà áëóæäàíèÿ ïî ðåãóëÿðíîìó ãðàôó: ìàòðèöà ñìåæíîñòè
ãðàôà, óìíîæåííàÿ íà 1/d (ñëó÷àéíî âûáèðàåì ðåáðî, èñõîäÿùåå èç
âåðøèíû).
Ñïåêòðàëüíûé çàçîð λG ðàçíîñòü λ1 − λ2 = 1− λ2 ìåæäó ïåðâûì è
âòîðûì ñîáñòâåííûìè ÷èñëàìè ìàòðèöû áëóæäàíèÿ ïî ãðàôó.
Òåîðåìà
Äëÿ d-ðåãóëÿðíîãî ãðàôà íà n âåðøèíàõ
d
n· λG 6 rG 6
2√2 · dn
√λG .
Òî÷íîñòü ðåëàêñàöèè 2√2/√λG ìîæåò áûòü ïëîõîé (ïîðÿäêà n).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 4 / 34
Ñëó÷àé ðåãóëÿðíûõ ãðàôîâ: ñïåêòðàëüíûå îöåíêè
Ìàòðèöà áëóæäàíèÿ ïî ðåãóëÿðíîìó ãðàôó: ìàòðèöà ñìåæíîñòè
ãðàôà, óìíîæåííàÿ íà 1/d (ñëó÷àéíî âûáèðàåì ðåáðî, èñõîäÿùåå èç
âåðøèíû).
Ñïåêòðàëüíûé çàçîð λG ðàçíîñòü λ1 − λ2 = 1− λ2 ìåæäó ïåðâûì è
âòîðûì ñîáñòâåííûìè ÷èñëàìè ìàòðèöû áëóæäàíèÿ ïî ãðàôó.
Òåîðåìà
Äëÿ d-ðåãóëÿðíîãî ãðàôà íà n âåðøèíàõ
d
n· λG 6 rG 6
2√2 · dn
√λG .
Òî÷íîñòü ðåëàêñàöèè 2√2/√λG ìîæåò áûòü ïëîõîé (ïîðÿäêà n).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 4 / 34
Ñëó÷àé ðåãóëÿðíûõ ãðàôîâ: ñïåêòðàëüíûå îöåíêè
Ìàòðèöà áëóæäàíèÿ ïî ðåãóëÿðíîìó ãðàôó: ìàòðèöà ñìåæíîñòè
ãðàôà, óìíîæåííàÿ íà 1/d (ñëó÷àéíî âûáèðàåì ðåáðî, èñõîäÿùåå èç
âåðøèíû).
Ñïåêòðàëüíûé çàçîð λG ðàçíîñòü λ1 − λ2 = 1− λ2 ìåæäó ïåðâûì è
âòîðûì ñîáñòâåííûìè ÷èñëàìè ìàòðèöû áëóæäàíèÿ ïî ãðàôó.
Òåîðåìà
Äëÿ d-ðåãóëÿðíîãî ãðàôà íà n âåðøèíàõ
d
n· λG 6 rG 6
2√2 · dn
√λG .
Òî÷íîñòü ðåëàêñàöèè 2√2/√λG ìîæåò áûòü ïëîõîé (ïîðÿäêà n).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 4 / 34
Îáùàÿ çàäà÷à îá îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå
Íà ïàðàõ âåðøèí ãðàôà îïðåäåëèì âåñà äâóõ òèïîâ: öåíû è çàïðîñû.
Îòíîñèòåëüíûé âåñ ðàçðåçà: îòíîøåíèå ñóììû öåí íà ïàðàõ âåðøèí,
âõîäÿùèõ â ðàçíûå äîëè ðàçðåçà, ê ñóììå çàïðîñîâ íà òåõ æå ïàðàõ.
Îáùàÿ çàäà÷à îá îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå (non-uniform sparsest cut)
ñîñòîèò â íàõîæäåíèè ðàçðåçà ìèíèìàëüíîãî îòíîñèòåëüíîãî âåñà.
 îäíîðîäíîé çàäà÷å îá îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå ð¼áðà ãðàôà èìåþò
öåíó 1, íåð¼áðà öåíó 0; âñå ïàðû âåðøèí èìåþò òðåáîâàíèå 1.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 5 / 34
Íåîäíîðîäíàÿ çàäà÷à îá îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå
Äëÿ äâóõ ãðàôîâ G (V ,EG ), H(V ,EH) íà îäíîì è òîì æå ìíîæåñòâå
âåðøèí íåîäíîðîäíûé îòíîñèòåëüíûé âåñ ðàçðåçà (S ,V \ S)
rG ,H(S) =EG (S ,V \ S)
EH(S ,V \ S).
Äðóãèìè ñëîâàìè, ðàññìàòðèâàåì òàêîé ñëó÷àé îáùåé çàäà÷è îá
îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå, êîãäà è öåíû, è çàïðîñû ïðèíèìàþò òîëüêî
çíà÷åíèÿ èç 0, 1.
Íåîäíîðîäíàÿ çàäà÷à îá îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå
Äàíî: äâà ãðàôà G (V ,EG ), H(V ,EH) íà îäíîì è òîì æå
ìíîæåñòâå âåðøèí.
Íàéòè: ìèíèìàëüíóþ âåëè÷èíó íåîäíîðîäíîãî îòíîñèòåëüíîãî
ðàçðåçà
rG ,H = min∅⊂S⊂V
rG ,H(S).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 6 / 34
Íåîäíîðîäíàÿ çàäà÷à îá îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå
Äëÿ äâóõ ãðàôîâ G (V ,EG ), H(V ,EH) íà îäíîì è òîì æå ìíîæåñòâå
âåðøèí íåîäíîðîäíûé îòíîñèòåëüíûé âåñ ðàçðåçà (S ,V \ S)
rG ,H(S) =EG (S ,V \ S)
EH(S ,V \ S).
Äðóãèìè ñëîâàìè, ðàññìàòðèâàåì òàêîé ñëó÷àé îáùåé çàäà÷è îá
îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå, êîãäà è öåíû, è çàïðîñû ïðèíèìàþò òîëüêî
çíà÷åíèÿ èç 0, 1.
Íåîäíîðîäíàÿ çàäà÷à îá îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå
Äàíî: äâà ãðàôà G (V ,EG ), H(V ,EH) íà îäíîì è òîì æå
ìíîæåñòâå âåðøèí.
Íàéòè: ìèíèìàëüíóþ âåëè÷èíó íåîäíîðîäíîãî îòíîñèòåëüíîãî
ðàçðåçà
rG ,H = min∅⊂S⊂V
rG ,H(S).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 6 / 34
Ìíîãîãðàííèê ðàçðåçîâ: (0, 1)-êîîðäèíàòû
Õàðàêòåðèñòè÷åñêàÿ ôóíêöèÿ ðàçðåçà (S ,V \ S):
dS(u, v) = |χS(u)− χS(v)|, χS(v) =
1, åñëè v ∈ S ,
0, èíà÷å.
(dS(u, v))u,v∈V (0, 1)-âåêòîð â n2-ìåðíîì ïðîñòðàíñòâå, n = |V |.Ìíîãîãðàííèê ðàçðåçîâ âûïóêëàÿ îáîëî÷êà õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ
ôóíêöèé ðàçðåçîâ â n-âåðøèííîì ãðàôå.
Âåëè÷èíà ðàçðåçà ëèíåéíàÿ ôóíêöèÿ íà ýòîì ìíîãîãðàííèêå
EG (S ,V \ S) =∑
(u,v)∈E(G)
dS(u, v).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 7 / 34
Ìíîãîãðàííèê ðàçðåçîâ: (0, 1)-êîîðäèíàòû
Õàðàêòåðèñòè÷åñêàÿ ôóíêöèÿ ðàçðåçà (S ,V \ S):
dS(u, v) = |χS(u)− χS(v)|, χS(v) =
1, åñëè v ∈ S ,
0, èíà÷å.
(dS(u, v))u,v∈V (0, 1)-âåêòîð â n2-ìåðíîì ïðîñòðàíñòâå, n = |V |.Ìíîãîãðàííèê ðàçðåçîâ âûïóêëàÿ îáîëî÷êà õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ
ôóíêöèé ðàçðåçîâ â n-âåðøèííîì ãðàôå.
Âåëè÷èíà ðàçðåçà ëèíåéíàÿ ôóíêöèÿ íà ýòîì ìíîãîãðàííèêå
EG (S ,V \ S) =∑
(u,v)∈E(G)
dS(u, v).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 7 / 34
Ìíîãîãðàííèê ðàçðåçîâ: (0, 1)-êîîðäèíàòû
Õàðàêòåðèñòè÷åñêàÿ ôóíêöèÿ ðàçðåçà (S ,V \ S):
dS(u, v) = |χS(u)− χS(v)|, χS(v) =
1, åñëè v ∈ S ,
0, èíà÷å.
(dS(u, v))u,v∈V (0, 1)-âåêòîð â n2-ìåðíîì ïðîñòðàíñòâå, n = |V |.Ìíîãîãðàííèê ðàçðåçîâ âûïóêëàÿ îáîëî÷êà õàðàêòåðèñòè÷åñêèõ
ôóíêöèé ðàçðåçîâ â n-âåðøèííîì ãðàôå.
Âåëè÷èíà ðàçðåçà ëèíåéíàÿ ôóíêöèÿ íà ýòîì ìíîãîãðàííèêå
EG (S ,V \ S) =∑
(u,v)∈E(G)
dS(u, v).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 7 / 34
Íåðàâåíñòâà äëÿ ìíîãîãðàííèêà ðàçðåçîâ
Î÷åâèäíûå: 0 6 dS(u, v) 6 1, ñèììåòðè÷íîñòü d(u, v) = d(v , u).
Êàêèå åù¼?
Åñòåñòâåííàÿ èäåÿ: îãðàíè÷èòüñÿ ïîäìíîæåñòâàìè âåðøèí è âûÿñíèòü,
êàêèì íåðàâåíñòâàì óäîâëåòâîðÿåò õàðàêòåðèñòè÷åñêàÿ ôóíêöèÿ íà
ýòèõ âåðøèíàõ. Åñëè ðàññìàòðèâàòü k = 2, 3, . . . âåðøèí, ïîëó÷àåòñÿèåðàðõèÿ ðåëàêñàöèé ØåðàëèÀäàìñà.
Ñëó÷àé äâóõ âåðøèí k = 2
Íè÷åãî èíòåðåñíîãî. Íà äèàãîíàëè âñåãäà íóëè, dS(u, u) = 0. Îñòà¼òñÿ
dS(u, v), u 6= v . Âûäåëÿåòñÿ (0, 1)-îãðàíè÷åíèÿìè.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 8 / 34
Íåðàâåíñòâà äëÿ ìíîãîãðàííèêà ðàçðåçîâ
Î÷åâèäíûå: 0 6 dS(u, v) 6 1, ñèììåòðè÷íîñòü d(u, v) = d(v , u).
Êàêèå åù¼?
Åñòåñòâåííàÿ èäåÿ: îãðàíè÷èòüñÿ ïîäìíîæåñòâàìè âåðøèí è âûÿñíèòü,
êàêèì íåðàâåíñòâàì óäîâëåòâîðÿåò õàðàêòåðèñòè÷åñêàÿ ôóíêöèÿ íà
ýòèõ âåðøèíàõ. Åñëè ðàññìàòðèâàòü k = 2, 3, . . . âåðøèí, ïîëó÷àåòñÿèåðàðõèÿ ðåëàêñàöèé ØåðàëèÀäàìñà.
Ñëó÷àé äâóõ âåðøèí k = 2
Íè÷åãî èíòåðåñíîãî. Íà äèàãîíàëè âñåãäà íóëè, dS(u, u) = 0. Îñòà¼òñÿ
dS(u, v), u 6= v . Âûäåëÿåòñÿ (0, 1)-îãðàíè÷åíèÿìè.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 8 / 34
Íåðàâåíñòâà äëÿ ìíîãîãðàííèêà ðàçðåçîâ
Î÷åâèäíûå: 0 6 dS(u, v) 6 1, ñèììåòðè÷íîñòü d(u, v) = d(v , u).
Êàêèå åù¼?
Åñòåñòâåííàÿ èäåÿ: îãðàíè÷èòüñÿ ïîäìíîæåñòâàìè âåðøèí è âûÿñíèòü,
êàêèì íåðàâåíñòâàì óäîâëåòâîðÿåò õàðàêòåðèñòè÷åñêàÿ ôóíêöèÿ íà
ýòèõ âåðøèíàõ. Åñëè ðàññìàòðèâàòü k = 2, 3, . . . âåðøèí, ïîëó÷àåòñÿèåðàðõèÿ ðåëàêñàöèé ØåðàëèÀäàìñà.
Ñëó÷àé äâóõ âåðøèí k = 2
Íè÷åãî èíòåðåñíîãî. Íà äèàãîíàëè âñåãäà íóëè, dS(u, u) = 0. Îñòà¼òñÿ
dS(u, v), u 6= v . Âûäåëÿåòñÿ (0, 1)-îãðàíè÷åíèÿìè.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 8 / 34
Òðè âåðøèíû: íåðàâåíñòâî òðåóãîëüíèêà
Íàáëþäåíèå
dS(u, v) + dS(v ,w) > dS(u,w).
Çàäà÷à
Çàäàéòå ìíîãîãðàííèê ðàçðåçîâ íà òð¼õ âåðøèíàõ íåðàâåíñòâàìè.
Ïîëóìåòðèêà
Ôóíêöèÿ d : V × V → R íàçûâàåòñÿ ïîëóìåòðèêîé, åñëè äëÿ âñåõ
u, v ,w ∈ V âûïîëíÿþòñÿ íåðàâåíñòâà
d(u, v) > 0,
d(u, u) = 0,
d(u, v) = d(v , u),
d(u, v) + d(v ,w) > d(u,w).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 9 / 34
Òðè âåðøèíû: íåðàâåíñòâî òðåóãîëüíèêà
Íàáëþäåíèå
dS(u, v) + dS(v ,w) > dS(u,w).
Çàäà÷à
Çàäàéòå ìíîãîãðàííèê ðàçðåçîâ íà òð¼õ âåðøèíàõ íåðàâåíñòâàìè.
Ïîëóìåòðèêà
Ôóíêöèÿ d : V × V → R íàçûâàåòñÿ ïîëóìåòðèêîé, åñëè äëÿ âñåõ
u, v ,w ∈ V âûïîëíÿþòñÿ íåðàâåíñòâà
d(u, v) > 0,
d(u, u) = 0,
d(u, v) = d(v , u),
d(u, v) + d(v ,w) > d(u,w).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 9 / 34
Òðè âåðøèíû: íåðàâåíñòâî òðåóãîëüíèêà
Íàáëþäåíèå
dS(u, v) + dS(v ,w) > dS(u,w).
Çàäà÷à
Çàäàéòå ìíîãîãðàííèê ðàçðåçîâ íà òð¼õ âåðøèíàõ íåðàâåíñòâàìè.
Ïîëóìåòðèêà
Ôóíêöèÿ d : V × V → R íàçûâàåòñÿ ïîëóìåòðèêîé, åñëè äëÿ âñåõ
u, v ,w ∈ V âûïîëíÿþòñÿ íåðàâåíñòâà
d(u, v) > 0,
d(u, u) = 0,
d(u, v) = d(v , u),
d(u, v) + d(v ,w) > d(u,w).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 9 / 34
Àïïðîêñèìàöèÿ ËåéòîíàÐàî
Çàäà÷à îá îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå:
rG ,H = min∅6=S⊂V
∑(u,v)∈EG
dS(u, v)∑(u,v)∈EH
dS(u, v).
Çàìåíèì ìèíèìóì ïî âñåì ðàçðåçàì íà ìèíèìóì ïî âñåì
ïîëóìåòðèêàì:
LRG ,H = mind(·,·)∈M
∑(u,v)∈EG
d(u, v)∑(u,v)∈EH
d(u, v).
ÇäåñüM îáîçíà÷àåò êîíóñ ïîëóìåòðèê.
Âîïðîñ
Êàê ïðåäñòàâèòü ýòó çàäà÷ó â âèäå ëèíåéíîé ïðîãðàììû?
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 10 / 34
Àïïðîêñèìàöèÿ ËåéòîíàÐàî
Çàäà÷à îá îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå:
rG ,H = min∅6=S⊂V
∑(u,v)∈EG
dS(u, v)∑(u,v)∈EH
dS(u, v).
Çàìåíèì ìèíèìóì ïî âñåì ðàçðåçàì íà ìèíèìóì ïî âñåì
ïîëóìåòðèêàì:
LRG ,H = mind(·,·)∈M
∑(u,v)∈EG
d(u, v)∑(u,v)∈EH
d(u, v).
ÇäåñüM îáîçíà÷àåò êîíóñ ïîëóìåòðèê.
Âîïðîñ
Êàê ïðåäñòàâèòü ýòó çàäà÷ó â âèäå ëèíåéíîé ïðîãðàììû?
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 10 / 34
Àïïðîêñèìàöèÿ ËåéòîíàÐàî
Çàäà÷à îá îòíîñèòåëüíîì ðàçðåçå:
rG ,H = min∅6=S⊂V
∑(u,v)∈EG
dS(u, v)∑(u,v)∈EH
dS(u, v).
Çàìåíèì ìèíèìóì ïî âñåì ðàçðåçàì íà ìèíèìóì ïî âñåì
ïîëóìåòðèêàì:
LRG ,H = mind(·,·)∈M
∑(u,v)∈EG
d(u, v)∑(u,v)∈EH
d(u, v).
ÇäåñüM îáîçíà÷àåò êîíóñ ïîëóìåòðèê.
Âîïðîñ
Êàê ïðåäñòàâèòü ýòó çàäà÷ó â âèäå ëèíåéíîé ïðîãðàììû?
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 10 / 34
Çàïèñü â âèäå ëèíåéíîé ïðîãðàììû
Íàáëþäåíèå
Öåëåâàÿ ôóíêöèÿ â àïïðîêñèìàöèè ËåéòîíàÐàî îäíîðîäíàÿ: ïðè
óìíîæåíèè d(·, ·) íà ÷èñëî îíà íå èçìåíÿåòñÿ.
Ëåììà
LRG ,H ñîâïàäàåò ñ ìèíèìóìîì ëèíåéíîé ïðîãðàììû∑(u,v)∈EG
du,v → min
∑(u,v)∈EH
du,v = 1,
du,v 6 du,w + dw ,v , ∀u, v ,w ∈ V ,
du,v > 0, ∀u, v ∈ V .
Ïåðåìåííûå du,v èíäåêñèðîâàíû íåóïîðÿäî÷åííûìè ïàðàìè âåðøèí.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 11 / 34
Òî÷íîñòü ðåëàêñàöèè ËåéòîíàÐàî
Òåîðåìà
Äëÿ íåêîòîðîé êîíñòàíòû C è ëþáûõ ãðàôîâ G , H âûïîëíÿþòñÿ
íåðàâåíñòâà
LRG ,H 6 rG ,H 6 C log |V | · LRG ,H .
Ïåðâîå íåðàâåíñòâî î÷åâèäíî: ìèíèìóì ïî ìíîæåñòâó íå áîëüøå
ìèíèìóìà ïî ïîäìíîæåñòâó.
Âòîðîå íåðàâåíñòâî äîêàçûâàåòñÿ â äâà øàãà:
1 Ïðîâåðèòü, ÷òî ìèíèìóì ïî ïîëóìåòðèêàì ðàçðåçîâ ñîâïàäàåò ñ
ìèíèìóìîì ïî `1-ïîëóìåòðèêàì.
2 Âëîæèòü ëþáóþ ïîëóìåòðèêó íà ìíîæåñòâå V â ïðîñòðàíñòâî ñ
`1-ìåòðèêîé, èñêàæàÿ ðàññòîÿíèÿ íå áîëåå, ÷åì â O(log |V |) ðàç.(Òåîðåìà Áóðãåéíà ãîâîðèò î âîçìîæíîñòè òàêîãî âëîæåíèÿ.)
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 12 / 34
Òî÷íîñòü ðåëàêñàöèè ËåéòîíàÐàî
Òåîðåìà
Äëÿ íåêîòîðîé êîíñòàíòû C è ëþáûõ ãðàôîâ G , H âûïîëíÿþòñÿ
íåðàâåíñòâà
LRG ,H 6 rG ,H 6 C log |V | · LRG ,H .
Ïåðâîå íåðàâåíñòâî î÷åâèäíî: ìèíèìóì ïî ìíîæåñòâó íå áîëüøå
ìèíèìóìà ïî ïîäìíîæåñòâó.
Âòîðîå íåðàâåíñòâî äîêàçûâàåòñÿ â äâà øàãà:
1 Ïðîâåðèòü, ÷òî ìèíèìóì ïî ïîëóìåòðèêàì ðàçðåçîâ ñîâïàäàåò ñ
ìèíèìóìîì ïî `1-ïîëóìåòðèêàì.
2 Âëîæèòü ëþáóþ ïîëóìåòðèêó íà ìíîæåñòâå V â ïðîñòðàíñòâî ñ
`1-ìåòðèêîé, èñêàæàÿ ðàññòîÿíèÿ íå áîëåå, ÷åì â O(log |V |) ðàç.(Òåîðåìà Áóðãåéíà ãîâîðèò î âîçìîæíîñòè òàêîãî âëîæåíèÿ.)
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 12 / 34
Òî÷íîñòü ðåëàêñàöèè ËåéòîíàÐàî
Òåîðåìà
Äëÿ íåêîòîðîé êîíñòàíòû C è ëþáûõ ãðàôîâ G , H âûïîëíÿþòñÿ
íåðàâåíñòâà
LRG ,H 6 rG ,H 6 C log |V | · LRG ,H .
Ïåðâîå íåðàâåíñòâî î÷åâèäíî: ìèíèìóì ïî ìíîæåñòâó íå áîëüøå
ìèíèìóìà ïî ïîäìíîæåñòâó.
Âòîðîå íåðàâåíñòâî äîêàçûâàåòñÿ â äâà øàãà:
1 Ïðîâåðèòü, ÷òî ìèíèìóì ïî ïîëóìåòðèêàì ðàçðåçîâ ñîâïàäàåò ñ
ìèíèìóìîì ïî `1-ïîëóìåòðèêàì.
2 Âëîæèòü ëþáóþ ïîëóìåòðèêó íà ìíîæåñòâå V â ïðîñòðàíñòâî ñ
`1-ìåòðèêîé, èñêàæàÿ ðàññòîÿíèÿ íå áîëåå, ÷åì â O(log |V |) ðàç.(Òåîðåìà Áóðãåéíà ãîâîðèò î âîçìîæíîñòè òàêîãî âëîæåíèÿ.)
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 12 / 34
Òî÷íîñòü ðåëàêñàöèè ËåéòîíàÐàî
Òåîðåìà
Äëÿ íåêîòîðîé êîíñòàíòû C è ëþáûõ ãðàôîâ G , H âûïîëíÿþòñÿ
íåðàâåíñòâà
LRG ,H 6 rG ,H 6 C log |V | · LRG ,H .
Ïåðâîå íåðàâåíñòâî î÷åâèäíî: ìèíèìóì ïî ìíîæåñòâó íå áîëüøå
ìèíèìóìà ïî ïîäìíîæåñòâó.
Âòîðîå íåðàâåíñòâî äîêàçûâàåòñÿ â äâà øàãà:
1 Ïðîâåðèòü, ÷òî ìèíèìóì ïî ïîëóìåòðèêàì ðàçðåçîâ ñîâïàäàåò ñ
ìèíèìóìîì ïî `1-ïîëóìåòðèêàì.
2 Âëîæèòü ëþáóþ ïîëóìåòðèêó íà ìíîæåñòâå V â ïðîñòðàíñòâî ñ
`1-ìåòðèêîé, èñêàæàÿ ðàññòîÿíèÿ íå áîëåå, ÷åì â O(log |V |) ðàç.(Òåîðåìà Áóðãåéíà ãîâîðèò î âîçìîæíîñòè òàêîãî âëîæåíèÿ.)
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 12 / 34
`1-ïîëóìåòðèêè
`1-ìåòðèêà íà Rm
‖(x1, . . . , xm)− (y1, . . . , ym)‖1 =m∑i=1
|xi − yi |.
Îáùàÿ `1-ïîëóìåòðèêà:
òàêàÿ ôóíêöèÿ d : V × V → R, äëÿ êîòîðîé ñóùåñòâóåò âëîæåíèå
f : V → Rm, óäîâëåòâîðÿþùåå ðàâåíñòâàì
d(u, v) = ‖f (u)− f (v)‖1 äëÿ âñåõ u, v ∈ V .
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 13 / 34
`1-ïîëóìåòðèêè
`1-ìåòðèêà íà Rm
‖(x1, . . . , xm)− (y1, . . . , ym)‖1 =m∑i=1
|xi − yi |.
Îáùàÿ `1-ïîëóìåòðèêà:
òàêàÿ ôóíêöèÿ d : V × V → R, äëÿ êîòîðîé ñóùåñòâóåò âëîæåíèå
f : V → Rm, óäîâëåòâîðÿþùåå ðàâåíñòâàì
d(u, v) = ‖f (u)− f (v)‖1 äëÿ âñåõ u, v ∈ V .
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 13 / 34
`1-ïîëóìåòðèêè
`1-ìåòðèêà íà Rm
‖(x1, . . . , xm)− (y1, . . . , ym)‖1 =m∑i=1
|xi − yi |.
Îáùàÿ `1-ïîëóìåòðèêà:
òàêàÿ ôóíêöèÿ d : V × V → R, äëÿ êîòîðîé ñóùåñòâóåò âëîæåíèå
f : V → Rm, óäîâëåòâîðÿþùåå ðàâåíñòâàì
d(u, v) = ‖f (u)− f (v)‖1 äëÿ âñåõ u, v ∈ V .
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 13 / 34
Íàáëþäåíèå
Õàðàêòåðèñòè÷åñêàÿ ôóíêöèÿ ðàçðåçîâ `1-ïîëóìåòðèêà,çàäà¼òñÿ âëîæåíèåì â R1
dS(u, v) = |χS(u)− χS(v)|.
Àïïðîêñèìàöèÿ `1-ïîëóìåòðèêàìè
Îáîçíà÷èì ÷åðåç r1G ,H ìèíèìàëüíûé îòíîñèòåëüíûé âåñ ðàçðåçà ïî `1-ìåòðèêàì.
Ëåììà îá îïòèìàëüíîñòè `1-ïîëóìåòðèê
Äëÿ ëþáîé ïàðû ãðàôîâ G (V ,EG ), H(V ,EH) âûïîëíÿåòñÿ r1G ,H = rG ,H .
Êðîìå òîãî, ñóùåñòâóåò ïîëèíîìèàëüíûé àëãîðèòì, êîòîðûé ïî
âëîæåíèþ f : V → Rd íàõîäèò òàêîé ðàçðåç S , ÷òî îòíîñèòåëüíûé âåñ
ðàçðåçà S íå áîëüøå îòíîøåíèÿ âåñîâ ãðàôîâ îòíîñèòåëüíî `1-ìåòðèêè, èíäóöèðîâàííîé âëîæåíèåì f .
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 14 / 34
Ñðàâíåíèå ÷àñòíûõ
Çàäà÷à
Äîêàæèòå, ÷òî äëÿ ëþáûõ ÷èñåë x1, . . . xn è ïîëîæèòåëüíûõ ÷èñåë
y1, . . . , yn âûïîëíÿåòñÿ íåðàâåíñòâî
x1 + · · ·+ xny1 + · · ·+ yn
> mini
xiyi.
Ïîäñêàçêà
Íóæíî óâèäåòü, ÷òî ýòî åù¼ îäíà ôîðìà óòâåðæäåíèÿ ¾ñðåäíåå íå
ìåíüøå ìèíèìóìà¿.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 15 / 34
Ñðàâíåíèå ÷àñòíûõ
Çàäà÷à
Äîêàæèòå, ÷òî äëÿ ëþáûõ ÷èñåë x1, . . . xn è ïîëîæèòåëüíûõ ÷èñåë
y1, . . . , yn âûïîëíÿåòñÿ íåðàâåíñòâî
x1 + · · ·+ xny1 + · · ·+ yn
> mini
xiyi.
Ïîäñêàçêà
Íóæíî óâèäåòü, ÷òî ýòî åù¼ îäíà ôîðìà óòâåðæäåíèÿ ¾ñðåäíåå íå
ìåíüøå ìèíèìóìà¿.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 15 / 34
Äîêàçàòåëüñòâî ëåììû îá îïòèìàëüíîñòè `1-ïîëóìåòðèê
Íåðàâåíñòâî r1G ,H 6 rG ,H î÷åâèäíî, òàê êàê ïîëóìåòðèêè ðàçðåçîâ
ÿâëÿþòñÿ `1-ïîëóìåòðèêàìè.
Óòâåðæäåíèå
Ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå r1G ,H äîñòèãàåòñÿ íà âëîæåíèÿõ â R1.
Äîêàçàòåëüñòâî
Ñðàâíèì îòíîøåíèå âåëè÷èí îòíîñèòåëüíûõ ðàçðåçîâ äëÿ âëîæåíèÿ
f : V → Rm è åãî ïðîåêöèé íà êîîðäèíàòû fi : v 7→ f (v)i :∑(u,v)∈EG
‖f (u)− f (v)‖1∑(u,v)∈EH
‖f (u)− f (v)‖1=
∑i
∑(u,v)∈EG
|fi (u)− fi (v)|∑i
∑(u,v)∈EH
|fi (u)− fi (v)|>
> mini
∑(u,v)∈EG
|fi (u)− fi (v)|∑(u,v)∈EH
|fi (u)− fi (v)|.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 16 / 34
Äîêàçàòåëüñòâî ëåììû îá îïòèìàëüíîñòè `1-ïîëóìåòðèê
Íåðàâåíñòâî r1G ,H 6 rG ,H î÷åâèäíî, òàê êàê ïîëóìåòðèêè ðàçðåçîâ
ÿâëÿþòñÿ `1-ïîëóìåòðèêàìè.
Óòâåðæäåíèå
Ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå r1G ,H äîñòèãàåòñÿ íà âëîæåíèÿõ â R1.
Äîêàçàòåëüñòâî
Ñðàâíèì îòíîøåíèå âåëè÷èí îòíîñèòåëüíûõ ðàçðåçîâ äëÿ âëîæåíèÿ
f : V → Rm è åãî ïðîåêöèé íà êîîðäèíàòû fi : v 7→ f (v)i :∑(u,v)∈EG
‖f (u)− f (v)‖1∑(u,v)∈EH
‖f (u)− f (v)‖1=
∑i
∑(u,v)∈EG
|fi (u)− fi (v)|∑i
∑(u,v)∈EH
|fi (u)− fi (v)|>
> mini
∑(u,v)∈EG
|fi (u)− fi (v)|∑(u,v)∈EH
|fi (u)− fi (v)|.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 16 / 34
Äîêàçàòåëüñòâî ëåììû îá îïòèìàëüíîñòè `1-ïîëóìåòðèê
Íåðàâåíñòâî r1G ,H 6 rG ,H î÷åâèäíî, òàê êàê ïîëóìåòðèêè ðàçðåçîâ
ÿâëÿþòñÿ `1-ïîëóìåòðèêàìè.
Óòâåðæäåíèå
Ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå r1G ,H äîñòèãàåòñÿ íà âëîæåíèÿõ â R1.
Äîêàçàòåëüñòâî
Ñðàâíèì îòíîøåíèå âåëè÷èí îòíîñèòåëüíûõ ðàçðåçîâ äëÿ âëîæåíèÿ
f : V → Rm è åãî ïðîåêöèé íà êîîðäèíàòû fi : v 7→ f (v)i :∑(u,v)∈EG
‖f (u)− f (v)‖1∑(u,v)∈EH
‖f (u)− f (v)‖1=
∑i
∑(u,v)∈EG
|fi (u)− fi (v)|∑i
∑(u,v)∈EH
|fi (u)− fi (v)|>
> mini
∑(u,v)∈EG
|fi (u)− fi (v)|∑(u,v)∈EH
|fi (u)− fi (v)|.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 16 / 34
Äîêàçàòåëüñòâî îïòèìàëüíîñòè 1-ìåðíûõ `1-ïîëóìåòðèê
Íóæíî äëÿ ïðîèçâîëüíîãî 1-ìåðíîãî âëîæåíèÿ g : V → R äîêàçàòü
ñóùåñòâîâàíèå ðàçðåçà S , îòíîñèòåëüíûé âåñ êîòîðîãî íå áîëüøå
îòíîøåíèÿ âåñîâ ãðàôîâ îòíîñèòåëüíî ìåòðèêè, èíäóöèðîâàííîé
âëîæåíèåì g .
Ãðàíèöó t âûáèðàåì ñëó÷àéíî è ðàâíîìåðíî èç îòðåçêà
[min g(v);max g(v)].
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 17 / 34
Äîêàçàòåëüñòâî îïòèìàëüíîñòè 1-ìåðíûõ `1-ïîëóìåòðèê
Íóæíî äëÿ ïðîèçâîëüíîãî 1-ìåðíîãî âëîæåíèÿ g : V → R äîêàçàòü
ñóùåñòâîâàíèå ðàçðåçà S , îòíîñèòåëüíûé âåñ êîòîðîãî íå áîëüøå
îòíîøåíèÿ âåñîâ ãðàôîâ îòíîñèòåëüíî ìåòðèêè, èíäóöèðîâàííîé
âëîæåíèåì g .Òàêîé ðàçðåç áóäåì èñêàòü ñðåäè ðàçðåçîâ âèäà
St = v ∈ V : g(v) 6 t
min g(v) max g(v)t
St
Ãðàíèöó t âûáèðàåì ñëó÷àéíî è ðàâíîìåðíî èç îòðåçêà
[min g(v);max g(v)].
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 17 / 34
Äîêàçàòåëüñòâî îïòèìàëüíîñòè 1-ìåðíûõ `1-ïîëóìåòðèê
Íóæíî äëÿ ïðîèçâîëüíîãî 1-ìåðíîãî âëîæåíèÿ g : V → R äîêàçàòü
ñóùåñòâîâàíèå ðàçðåçà S , îòíîñèòåëüíûé âåñ êîòîðîãî íå áîëüøå
îòíîøåíèÿ âåñîâ ãðàôîâ îòíîñèòåëüíî ìåòðèêè, èíäóöèðîâàííîé
âëîæåíèåì g .Òàêîé ðàçðåç áóäåì èñêàòü ñðåäè ðàçðåçîâ âèäà
St = v ∈ V : g(v) 6 t
min g(v) max g(v)t
St
Ãðàíèöó t âûáèðàåì ñëó÷àéíî è ðàâíîìåðíî èç îòðåçêà
[min g(v);max g(v)].
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 17 / 34
Ðàçäåëåíèå âåðøèí ðàçðåçîì St
min g(v) max g(v)t
St
Îòíîøåíèå âåñîâ ãðàôîâ íå èçìåíÿåòñÿ ïðè ëèíåéíûõ
ïðåîáðàçîâàíèÿõ R. Ïîýòîìó áåç îãðàíè÷åíèÿ îáùíîñòè ñ÷èòàåì, ÷òî
minv∈V
g(v) = 0, maxv∈V
g(v) = 1.
Äëÿ ëþáûõ u, v âåðîÿòíîñòü ïîïàñòü â ðàçíûå äîëè ðàçðåçà ðàâíà
|g(u)− g(v)|. Äðóãèìè ñëîâàìè,
Et
[|χSt (u)− χSt (v)|
]= |g(u)− g(v)|.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 18 / 34
Ðàçäåëåíèå âåðøèí ðàçðåçîì St
min g(v) max g(v)t
St
Îòíîøåíèå âåñîâ ãðàôîâ íå èçìåíÿåòñÿ ïðè ëèíåéíûõ
ïðåîáðàçîâàíèÿõ R. Ïîýòîìó áåç îãðàíè÷åíèÿ îáùíîñòè ñ÷èòàåì, ÷òî
minv∈V
g(v) = 0, maxv∈V
g(v) = 1.
Äëÿ ëþáûõ u, v âåðîÿòíîñòü ïîïàñòü â ðàçíûå äîëè ðàçðåçà ðàâíà
|g(u)− g(v)|. Äðóãèìè ñëîâàìè,
Et
[|χSt (u)− χSt (v)|
]= |g(u)− g(v)|.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 18 / 34
Îïòèìàëüíîñòü 1-ìåðíûõ `1-ïîëóìåòðèê (çàâåðøåíèå)
Ïîëüçóÿñü ðàâåíñòâîì
Et
[|χSt (u)− χSt (v)|
]= |g(u)− g(v)|,
îöåíèì ñíèçó îòíîøåíèå g -âåñîâ ãðàôîâ:
∑(u,v)∈EG
|g(u)− g(v)|∑(u,v)∈EH
|g(u)− g(v)|=
Et
[∑(u,v)∈EG
|χSt (u)− χSt (v)|]
Et
[∑(u,v)∈EH
|χSt (u)− χSt (v)|] >
> mint
rG ,H(St) > rG ,H .
Ïîýòîìó r1G ,H > rG ,H , ÷òî è òðåáîâàëîñü äîêàçàòü.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 19 / 34
Àëãîðèòìè÷åñêàÿ ÷àñòü ëåììû
Ïðèâåä¼ííîå âûøå äîêàçàòåëüñòâî êîíñòðóêòèâíî. ×òîáû íàéòè
ðàçðåç, îòíîñèòåëüíûé âåñ êîòîðîãî íå ïðåâîñõîäèò îòíîøåíèÿ f -âåñîâãðàôîâ, íóæíî:
1 Íàéòè òó êîîðäèíàòó i , äëÿ êîòîðîé îòíîøåíèå fi -âåñîâ íåïðåâîñõîäèò îòíîøåíèÿ f -âåñîâ.
2 Äëÿ g = fi íàéòè ïîäõîäÿùèé ðàçðåç St . Êîëè÷åñòâî ðàçðåçîâ
âèäà St ðàâíî |V | − 1.
Îáà øàãà âûïîëíÿþòñÿ äåòåðìèíèðîâàííûì àëãîðèòìîì çà
ïîëèíîìèàëüíîå âðåìÿ.
Âåðîÿòíîñòè áûëè íóæíû òîëüêî â îöåíêå.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 20 / 34
Àëãîðèòìè÷åñêàÿ ÷àñòü ëåììû
Ïðèâåä¼ííîå âûøå äîêàçàòåëüñòâî êîíñòðóêòèâíî. ×òîáû íàéòè
ðàçðåç, îòíîñèòåëüíûé âåñ êîòîðîãî íå ïðåâîñõîäèò îòíîøåíèÿ f -âåñîâãðàôîâ, íóæíî:
1 Íàéòè òó êîîðäèíàòó i , äëÿ êîòîðîé îòíîøåíèå fi -âåñîâ íåïðåâîñõîäèò îòíîøåíèÿ f -âåñîâ.
2 Äëÿ g = fi íàéòè ïîäõîäÿùèé ðàçðåç St . Êîëè÷åñòâî ðàçðåçîâ
âèäà St ðàâíî |V | − 1.
Îáà øàãà âûïîëíÿþòñÿ äåòåðìèíèðîâàííûì àëãîðèòìîì çà
ïîëèíîìèàëüíîå âðåìÿ.
Âåðîÿòíîñòè áûëè íóæíû òîëüêî â îöåíêå.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 20 / 34
Àëãîðèòìè÷åñêàÿ ÷àñòü ëåììû
Ïðèâåä¼ííîå âûøå äîêàçàòåëüñòâî êîíñòðóêòèâíî. ×òîáû íàéòè
ðàçðåç, îòíîñèòåëüíûé âåñ êîòîðîãî íå ïðåâîñõîäèò îòíîøåíèÿ f -âåñîâãðàôîâ, íóæíî:
1 Íàéòè òó êîîðäèíàòó i , äëÿ êîòîðîé îòíîøåíèå fi -âåñîâ íåïðåâîñõîäèò îòíîøåíèÿ f -âåñîâ.
2 Äëÿ g = fi íàéòè ïîäõîäÿùèé ðàçðåç St . Êîëè÷åñòâî ðàçðåçîâ
âèäà St ðàâíî |V | − 1.
Îáà øàãà âûïîëíÿþòñÿ äåòåðìèíèðîâàííûì àëãîðèòìîì çà
ïîëèíîìèàëüíîå âðåìÿ.
Âåðîÿòíîñòè áûëè íóæíû òîëüêî â îöåíêå.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 20 / 34
Àëãîðèòìè÷åñêàÿ ÷àñòü ëåììû
Ïðèâåä¼ííîå âûøå äîêàçàòåëüñòâî êîíñòðóêòèâíî. ×òîáû íàéòè
ðàçðåç, îòíîñèòåëüíûé âåñ êîòîðîãî íå ïðåâîñõîäèò îòíîøåíèÿ f -âåñîâãðàôîâ, íóæíî:
1 Íàéòè òó êîîðäèíàòó i , äëÿ êîòîðîé îòíîøåíèå fi -âåñîâ íåïðåâîñõîäèò îòíîøåíèÿ f -âåñîâ.
2 Äëÿ g = fi íàéòè ïîäõîäÿùèé ðàçðåç St . Êîëè÷åñòâî ðàçðåçîâ
âèäà St ðàâíî |V | − 1.
Îáà øàãà âûïîëíÿþòñÿ äåòåðìèíèðîâàííûì àëãîðèòìîì çà
ïîëèíîìèàëüíîå âðåìÿ.
Âåðîÿòíîñòè áûëè íóæíû òîëüêî â îöåíêå.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 20 / 34
Òåîðåìà Áóðãåéíà
Òåîðåìà
Ñóùåñòâóåò òàêàÿ êîíñòàíòà C , ÷òî äëÿ ëþáîé ïîëóìåòðèêè d(·, ·) íàn-ýëåìåíòíîì ìíîæåñòâå V ñóùåñòâóåò òàêîå âëîæåíèå f : V → Rm,
÷òî äëÿ ëþáûõ u, v ∈ V âûïîëíÿåòñÿ
‖f (u)− f (v)‖1 6 d(u, v) 6 C log n · ‖f (u)− f (v)‖1.
Âåðîÿòíîñòíàÿ ôîðìóëèðîâêà
Ñóùåñòâóåò òàêàÿ êîíñòàíòà C , ÷òî äëÿ ëþáîé ïîëóìåòðèêè d(·, ·) íàn-ýëåìåíòíîì ìíîæåñòâå V ñóùåñòâóåò òàêîå ðàñïðåäåëåíèå D ñ
êîíå÷íûì íîñèòåëåì â ìíîæåñòâå âëîæåíèé g : V → R, ÷òî äëÿ ëþáûõ
u, v ∈ V
Eg←D
[|g(u)− g(v)|
]6 d(u, v) 6 C log n · E
g←D
[|g(u)− g(v)|
].
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 21 / 34
Òåîðåìà Áóðãåéíà
Òåîðåìà
Ñóùåñòâóåò òàêàÿ êîíñòàíòà C , ÷òî äëÿ ëþáîé ïîëóìåòðèêè d(·, ·) íàn-ýëåìåíòíîì ìíîæåñòâå V ñóùåñòâóåò òàêîå âëîæåíèå f : V → Rm,
÷òî äëÿ ëþáûõ u, v ∈ V âûïîëíÿåòñÿ
‖f (u)− f (v)‖1 6 d(u, v) 6 C log n · ‖f (u)− f (v)‖1.
Âåðîÿòíîñòíàÿ ôîðìóëèðîâêà
Ñóùåñòâóåò òàêàÿ êîíñòàíòà C , ÷òî äëÿ ëþáîé ïîëóìåòðèêè d(·, ·) íàn-ýëåìåíòíîì ìíîæåñòâå V ñóùåñòâóåò òàêîå ðàñïðåäåëåíèå D ñ
êîíå÷íûì íîñèòåëåì â ìíîæåñòâå âëîæåíèé g : V → R, ÷òî äëÿ ëþáûõ
u, v ∈ V
Eg←D
[|g(u)− g(v)|
]6 d(u, v) 6 C log n · E
g←D
[|g(u)− g(v)|
].
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 21 / 34
Ýêâèâàëåíòíîñòü ôîðìóëèðîâîê
Äëÿ ëþáûõ u, v âûïîëíÿåòñÿ
Eg←D
[|g(u)− g(v)|
]=∑
pi |gi (u)− gi (v)| = ‖f (u)− f (v)‖1,
ãäå
f (v)i = pigi (v).
 äðóãóþ ñòîðîíó: äëÿ âëîæåíèÿ f : V → Rm îïðåäåëèì
íîðìèðîâàííûå ïðîåêöèè íà êîîðäèíàòû
gi (v) = mf (v)i .
Òîãäà äëÿ ðàâíîìåðíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ íà gi ïîëó÷àåì
‖f (u)− f (v)‖1 =1
m
m∑i=1
|mf (u)i −mf (v)i | = Eg←U
[|g(u)− g(v)|
].
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 22 / 34
Ýêâèâàëåíòíîñòü ôîðìóëèðîâîê
Äëÿ ëþáûõ u, v âûïîëíÿåòñÿ
Eg←D
[|g(u)− g(v)|
]=∑
pi |gi (u)− gi (v)| = ‖f (u)− f (v)‖1,
ãäå
f (v)i = pigi (v).
 äðóãóþ ñòîðîíó: äëÿ âëîæåíèÿ f : V → Rm îïðåäåëèì
íîðìèðîâàííûå ïðîåêöèè íà êîîðäèíàòû
gi (v) = mf (v)i .
Òîãäà äëÿ ðàâíîìåðíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ íà gi ïîëó÷àåì
‖f (u)− f (v)‖1 =1
m
m∑i=1
|mf (u)i −mf (v)i | = Eg←U
[|g(u)− g(v)|
].
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 22 / 34
Îöåíêà òî÷íîñòè àïïðîêñèìàöèè ËåéòîíàÐàî èçòåîðåìû Áóðãåéíà
Äîêàæåì, ÷òî rG ,H = r1G ,H 6 C log |V | · LRG ,H .
Ïóñòü ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå LRG ,H äîñòèãàåòñÿ íà ïîëóìåòðèêå
d(·, ·), à f ñîîòâåòñòâóþùåå âëîæåíèå èç òåîðåìû Áóðãåéíà.
Òîãäà
r1G ,H 6
6
∑(u,v)∈EG
‖f (u)− f (v)‖1∑(u,v)∈EH
‖f (u)− f (v)‖16
∑(u,v)∈EG
d(u, v)∑(u,v)∈EH
1C log |V | · d(u, v)
=
= C log |V | · LRG ,H ,
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 23 / 34
Îöåíêà òî÷íîñòè àïïðîêñèìàöèè ËåéòîíàÐàî èçòåîðåìû Áóðãåéíà
Äîêàæåì, ÷òî rG ,H = r1G ,H 6 C log |V | · LRG ,H .
Ïóñòü ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå LRG ,H äîñòèãàåòñÿ íà ïîëóìåòðèêå
d(·, ·), à f ñîîòâåòñòâóþùåå âëîæåíèå èç òåîðåìû Áóðãåéíà.
Òîãäà
r1G ,H 6
6
∑(u,v)∈EG
‖f (u)− f (v)‖1∑(u,v)∈EH
‖f (u)− f (v)‖16
∑(u,v)∈EG
d(u, v)∑(u,v)∈EH
1C log |V | · d(u, v)
=
= C log |V | · LRG ,H ,
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 23 / 34
Îöåíêà òî÷íîñòè àïïðîêñèìàöèè ËåéòîíàÐàî èçòåîðåìû Áóðãåéíà
Äîêàæåì, ÷òî rG ,H = r1G ,H 6 C log |V | · LRG ,H .
Ïóñòü ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå LRG ,H äîñòèãàåòñÿ íà ïîëóìåòðèêå
d(·, ·), à f ñîîòâåòñòâóþùåå âëîæåíèå èç òåîðåìû Áóðãåéíà.
Òîãäà
r1G ,H 6
6
∑(u,v)∈EG
‖f (u)− f (v)‖1∑(u,v)∈EH
‖f (u)− f (v)‖16
∑(u,v)∈EG
d(u, v)∑(u,v)∈EH
1C log |V | · d(u, v)
=
= C log |V | · LRG ,H ,
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 23 / 34
Êàêèå âëîæåíèÿ áóäóò èñïîëüçîâàòüñÿ
Äëÿ ìíîæåñòâà A ⊆ V îïðåäåëèì d(·, ·)-ðàññòîÿíèå îò òî÷êè äî
ìíîæåñòâà A:gA(v) = min
a∈Ad(v , a).
v
uA
gA(v)
gA(u)
Ìíîæåñòâî A áóäåì âûáèðàòü ñëó÷àéíî, ïî ïîäõîäÿùåìó
ðàñïðåäåëåíèþ (ðàâíîìåðíîå íå ïîäõîäèò).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 24 / 34
Êàêèå âëîæåíèÿ áóäóò èñïîëüçîâàòüñÿ
Äëÿ ìíîæåñòâà A ⊆ V îïðåäåëèì d(·, ·)-ðàññòîÿíèå îò òî÷êè äî
ìíîæåñòâà A:gA(v) = min
a∈Ad(v , a).
v
uA
gA(v)
gA(u)
Ìíîæåñòâî A áóäåì âûáèðàòü ñëó÷àéíî, ïî ïîäõîäÿùåìó
ðàñïðåäåëåíèþ (ðàâíîìåðíîå íå ïîäõîäèò).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 24 / 34
Ðàññòîÿíèå äî ìíîæåñòâà ñæèìàþùåå îòîáðàæåíèå
Óòâåðæäåíèå
Äëÿ ëþáûõ u, v ∈ V âûïîëíÿåòñÿ |gA(u)− gA(v)| 6 d(u, v).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 25 / 34
Ðàññòîÿíèå äî ìíîæåñòâà ñæèìàþùåå îòîáðàæåíèå
Óòâåðæäåíèå
Äëÿ ëþáûõ u, v ∈ V âûïîëíÿåòñÿ |gA(u)− gA(v)| 6 d(u, v).
v
v∗
u
u∗ A
d(v, v∗)
d(u, u∗)
d(u, v)≥ d(v, v∗)
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 25 / 34
Ðàññòîÿíèå äî ìíîæåñòâà ñæèìàþùåå îòîáðàæåíèå
Óòâåðæäåíèå
Äëÿ ëþáûõ u, v ∈ V âûïîëíÿåòñÿ |gA(u)− gA(v)| 6 d(u, v).
v
v∗
u
u∗ A
d(v, v∗)
d(u, u∗)
d(u, v)≥ d(v, v∗)
gA(u) =
= d(u∗, u) > d(u∗, v)− d(u, v) > d(v∗, v)− d(u, v) = gA(v)− d(u, v).
Àíàëîãè÷íî gA(v) = d(v∗, v) > d(u∗, u)− d(u, v) = gA(u)− d(u, v).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 25 / 34
Ðàññòîÿíèå äî ìíîæåñòâà ñæèìàþùåå îòîáðàæåíèå
Óòâåðæäåíèå
Äëÿ ëþáûõ u, v ∈ V âûïîëíÿåòñÿ |gA(u)− gA(v)| 6 d(u, v).
v
v∗
u
u∗ A
d(v, v∗)
d(u, u∗)
d(u, v)≥ d(v, v∗)
gA(u) =
= d(u∗, u) > d(u∗, v)− d(u, v) > d(v∗, v)− d(u, v) = gA(v)− d(u, v).
Àíàëîãè÷íî gA(v) = d(v∗, v) > d(u∗, u)− d(u, v) = gA(u)− d(u, v).Çíà÷èò, d(u, v) > gA(v)− gA(u); d(u, v) > gA(u)− gA(v).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 25 / 34
Èäåÿ íèæíåé îöåíêè (íå ñëèøêîì ñæèìàþùåå)
v
uA
B(v, r)
B(u,R)
1 Ïóñòü êàæäàÿ âåðøèíà âêëþ÷àåòñÿ â ìíîæåñòâî A íåçàâèñèìî ñ
âåðîÿòíîñòüþ p.
2 Åñëè A ∩ B(u,R) = ∅ è A ∩ B(v , r) 6= ∅, R > r , òî
gA(u) > R > r > gA(v) =⇒ gA(u)− gA(v) > R − r .
3 Ïóñòü nr = |B(v , r)|, nR = |B(u,R)|. Åñëè r + R < d(u, v), òî
Pr[ñîáûòèå ï. 2] = (1− p)nR ·(1− (1− p)nr
)êîíñòàíòà, åñëè nr è nR ïðèìåðíî ðàâíû 1/p.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 26 / 34
Èäåÿ íèæíåé îöåíêè (íå ñëèøêîì ñæèìàþùåå)
v
uA
B(v, r)
B(u,R)
1 Ïóñòü êàæäàÿ âåðøèíà âêëþ÷àåòñÿ â ìíîæåñòâî A íåçàâèñèìî ñ
âåðîÿòíîñòüþ p.
2 Åñëè A ∩ B(u,R) = ∅ è A ∩ B(v , r) 6= ∅, R > r , òî
gA(u) > R > r > gA(v) =⇒ gA(u)− gA(v) > R − r .
3 Ïóñòü nr = |B(v , r)|, nR = |B(u,R)|. Åñëè r + R < d(u, v), òî
Pr[ñîáûòèå ï. 2] = (1− p)nR ·(1− (1− p)nr
)êîíñòàíòà, åñëè nr è nR ïðèìåðíî ðàâíû 1/p.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 26 / 34
Èäåÿ íèæíåé îöåíêè (íå ñëèøêîì ñæèìàþùåå)
v
uA
B(v, r)
B(u,R)
1 Ïóñòü êàæäàÿ âåðøèíà âêëþ÷àåòñÿ â ìíîæåñòâî A íåçàâèñèìî ñ
âåðîÿòíîñòüþ p.
2 Åñëè A ∩ B(u,R) = ∅ è A ∩ B(v , r) 6= ∅, R > r , òî
gA(u) > R > r > gA(v) =⇒ gA(u)− gA(v) > R − r .
3 Ïóñòü nr = |B(v , r)|, nR = |B(u,R)|. Åñëè r + R < d(u, v), òî
Pr[ñîáûòèå ï. 2] = (1− p)nR ·(1− (1− p)nr
)êîíñòàíòà, åñëè nr è nR ïðèìåðíî ðàâíû 1/p.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 26 / 34
Ïëàí ðåàëèçàöèè èäåè
Íóæíî ó÷åñòü, ÷òî øàðû ðàçíîãî ðàäèóñà â ðàçíûõ òî÷êàõ ðàçíîãî
ðàçìåðà.
Âìåñòî îäíîãî p âîçüì¼ì ðàâíîìåðíóþ ñìåñü O(log |V |)ðàñïðåäåëåíèé, ïàðàìåòðû p äîëæíû ïîêðûâàòü âåñü èíòåðâàë
âîçìîæíûõ îáú¼ìîâ îò 1 äî |V |. (Òî÷íîñòü â îöåíêåâåðîÿòíîñòè ìóëüòèïëèêàòèâíàÿ êîíñòàíòà.)
Äëÿ êàæäîé ïàðû òî÷åê êàêîå-òî èç ðàñïðåäåëåíèé îêàæåòñÿ
õîðîøèì, îáùàÿ ïîòåðÿ ïîðÿäêà 1/ log |V |.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 27 / 34
Ïëàí ðåàëèçàöèè èäåè
Íóæíî ó÷åñòü, ÷òî øàðû ðàçíîãî ðàäèóñà â ðàçíûõ òî÷êàõ ðàçíîãî
ðàçìåðà.
Âìåñòî îäíîãî p âîçüì¼ì ðàâíîìåðíóþ ñìåñü O(log |V |)ðàñïðåäåëåíèé, ïàðàìåòðû p äîëæíû ïîêðûâàòü âåñü èíòåðâàë
âîçìîæíûõ îáú¼ìîâ îò 1 äî |V |. (Òî÷íîñòü â îöåíêåâåðîÿòíîñòè ìóëüòèïëèêàòèâíàÿ êîíñòàíòà.)
Äëÿ êàæäîé ïàðû òî÷åê êàêîå-òî èç ðàñïðåäåëåíèé îêàæåòñÿ
õîðîøèì, îáùàÿ ïîòåðÿ ïîðÿäêà 1/ log |V |.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 27 / 34
Ïëàí ðåàëèçàöèè èäåè
Íóæíî ó÷åñòü, ÷òî øàðû ðàçíîãî ðàäèóñà â ðàçíûõ òî÷êàõ ðàçíîãî
ðàçìåðà.
Âìåñòî îäíîãî p âîçüì¼ì ðàâíîìåðíóþ ñìåñü O(log |V |)ðàñïðåäåëåíèé, ïàðàìåòðû p äîëæíû ïîêðûâàòü âåñü èíòåðâàë
âîçìîæíûõ îáú¼ìîâ îò 1 äî |V |. (Òî÷íîñòü â îöåíêåâåðîÿòíîñòè ìóëüòèïëèêàòèâíàÿ êîíñòàíòà.)
Äëÿ êàæäîé ïàðû òî÷åê êàêîå-òî èç ðàñïðåäåëåíèé îêàæåòñÿ
õîðîøèì, îáùàÿ ïîòåðÿ ïîðÿäêà 1/ log |V |.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 27 / 34
Êîíñòðóêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ
Ðàñïðåäåëåíèå Dt
Êàæäóþ âåðøèíó v ∈ V âêëþ÷àåì â ñëó÷àéíîå ìíîæåñòâî A ñ
âåðîÿòíîñòüþ 2−t , ãäå t > 0 öåëî÷èñëåííûé ìàñøòàáíûé ïàðàìåòð.
Ðàñïðåäåëåíèå D
1 Âûáèðàåì ñëó÷àéíî è ðàâíîâåðîÿòíî öåëî÷èñëåííûé ìàñøòàáíûé
ïàðàìåòð 0 6 t 6 log |V |;2 Âûáèðàåì A èç ðàñïðåäåëåíèÿ Dt .
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 28 / 34
Êîíñòðóêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ
Ðàñïðåäåëåíèå Dt
Êàæäóþ âåðøèíó v ∈ V âêëþ÷àåì â ñëó÷àéíîå ìíîæåñòâî A ñ
âåðîÿòíîñòüþ 2−t , ãäå t > 0 öåëî÷èñëåííûé ìàñøòàáíûé ïàðàìåòð.
Ðàñïðåäåëåíèå D
1 Âûáèðàåì ñëó÷àéíî è ðàâíîâåðîÿòíî öåëî÷èñëåííûé ìàñøòàáíûé
ïàðàìåòð 0 6 t 6 log |V |;2 Âûáèðàåì A èç ðàñïðåäåëåíèÿ Dt .
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 28 / 34
Âûáîð ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ðàäèóñîâ øàðîâ
Ïóñòü ρt(u) ðàññòîÿíèå îò u äî (2t)-é òî÷êè, ñ÷èòàÿ îò u, ò.å.
|B(u, ρt(u)− 1)| < 2t(ρ′ < ρt(u)
); |B(u, ρt(u))| > 2t .
ßñíî, ÷òî ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ρt(u) íåóáûâàþùàÿ.Äëÿ êîíêðåòíîé ïàðû âåðøèí u, v ∈ V íåìíîãî èñïîðòèì
ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ðàäèóñîâ ñ ó÷¼òîì ðàññòîÿíèÿ d(u, v). Îïðåäåëèìäâå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ðàäèóñîâ äëÿ êàæäîé èç âûáðàííûõ âåðøèí:
rt = min(ρt(v), d(u, v)/3),
Rt = min(ρt(u), d(u, v)/3).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 29 / 34
Âûáîð ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ðàäèóñîâ øàðîâ
Ïóñòü ρt(u) ðàññòîÿíèå îò u äî (2t)-é òî÷êè, ñ÷èòàÿ îò u, ò.å.
|B(u, ρt(u)− 1)| < 2t(ρ′ < ρt(u)
); |B(u, ρt(u))| > 2t .
ßñíî, ÷òî ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ρt(u) íåóáûâàþùàÿ.Äëÿ êîíêðåòíîé ïàðû âåðøèí u, v ∈ V íåìíîãî èñïîðòèì
ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ðàäèóñîâ ñ ó÷¼òîì ðàññòîÿíèÿ d(u, v). Îïðåäåëèìäâå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ðàäèóñîâ äëÿ êàæäîé èç âûáðàííûõ âåðøèí:
rt = min(ρt(v), d(u, v)/3),
Rt = min(ρt(u), d(u, v)/3).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 29 / 34
Âûáîð ïîðîãîâîãî ìàñøòàáà
Îáîçíà÷èì ÷åðåç t∗ íàèáîëüøèé ìàñøòàá, äî êîòîðîãî ðàäèóñû ρt(u),ρt(v) ìåíüøå d(u, v)/3, à ïîñëå êîòîðîãî õîòÿ áû îäèí ñòàíîâèòñÿ íå
ìåíüøå d(u, v)/3:
ρt∗(u) <1
3· d(u, v), ρt∗(v) <
1
3· d(u, v);
ρt∗+1(u) >1
3· d(u, v) èëè ρt∗+1(v) >
1
3· d(u, v).
Ñ ó÷¼òîìrt = min(ρt(v), d(u, v)/3),
Rt = min(ρt(u), d(u, v)/3).
ïîëó÷àåì
Rt∗+1 + rt∗+1 − R0 − r0 >d(u, v)
3(R0 = r0 = 0) .
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 30 / 34
Âûáîð ïîðîãîâîãî ìàñøòàáà
Îáîçíà÷èì ÷åðåç t∗ íàèáîëüøèé ìàñøòàá, äî êîòîðîãî ðàäèóñû ρt(u),ρt(v) ìåíüøå d(u, v)/3, à ïîñëå êîòîðîãî õîòÿ áû îäèí ñòàíîâèòñÿ íå
ìåíüøå d(u, v)/3:
ρt∗(u) <1
3· d(u, v), ρt∗(v) <
1
3· d(u, v);
ρt∗+1(u) >1
3· d(u, v) èëè ρt∗+1(v) >
1
3· d(u, v).
Ñ ó÷¼òîìrt = min(ρt(v), d(u, v)/3),
Rt = min(ρt(u), d(u, v)/3).
ïîëó÷àåì
Rt∗+1 + rt∗+1 − R0 − r0 >d(u, v)
3(R0 = r0 = 0) .
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 30 / 34
Íèæíÿÿ îöåíêà äëÿ ðàñïðåäåëåíèÿ Dt
Îñíîâíîå óòâåðæäåíèå
Ñóùåñòâóåò òàêàÿ êîíñòàíòà c > 0, ÷òî äëÿ ëþáîãî 0 6 t 6 t∗ è ëþáîé
ïàðû òî÷åê u, v ∈ V âûïîëíÿåòñÿ
EA←Dt
[|gA(u)− gA(v)|
]> c ·
((rt+1 − Rt) + (Rt+1 − rt)
).
Âûâîä òåîðåìû Áóðãåéíà èç ýòîãî óòâåðæäåíèÿ
Äëÿ îöåíêè ìàòîæèäàíèÿ |gA(u)− gA(v)| óñðåäíèì îöåíêó èç
óòâåðæäåíèÿ ïî äèàïàçîíó 0 6 t 6 t∗. Ïðîìåæóòî÷íûå ðàäèóñûñîêðàùàþòñÿ: (rt+1 − Rt) + (Rt+1 − rt) = (Rt+1 − Rt) + (rt+1 − rt)Ïîýòîìó ïîëó÷àåì
EA←D
[|gA(u)−gA(v)|
]>
c
1 + log n·(Rt∗+1+rt∗+1−R0−r0) >
c ′
log n·d(u, v)
3
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 31 / 34
Íèæíÿÿ îöåíêà äëÿ ðàñïðåäåëåíèÿ Dt
Îñíîâíîå óòâåðæäåíèå
Ñóùåñòâóåò òàêàÿ êîíñòàíòà c > 0, ÷òî äëÿ ëþáîãî 0 6 t 6 t∗ è ëþáîé
ïàðû òî÷åê u, v ∈ V âûïîëíÿåòñÿ
EA←Dt
[|gA(u)− gA(v)|
]> c ·
((rt+1 − Rt) + (Rt+1 − rt)
).
Âûâîä òåîðåìû Áóðãåéíà èç ýòîãî óòâåðæäåíèÿ
Äëÿ îöåíêè ìàòîæèäàíèÿ |gA(u)− gA(v)| óñðåäíèì îöåíêó èç
óòâåðæäåíèÿ ïî äèàïàçîíó 0 6 t 6 t∗. Ïðîìåæóòî÷íûå ðàäèóñûñîêðàùàþòñÿ: (rt+1 − Rt) + (Rt+1 − rt) = (Rt+1 − Rt) + (rt+1 − rt)Ïîýòîìó ïîëó÷àåì
EA←D
[|gA(u)−gA(v)|
]>
c
1 + log n·(Rt∗+1+rt∗+1−R0−r0) >
c ′
log n·d(u, v)
3
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 31 / 34
Íèæíÿÿ îöåíêà äëÿ ðàñïðåäåëåíèÿ Dt
Îñíîâíîå óòâåðæäåíèå
Ñóùåñòâóåò òàêàÿ êîíñòàíòà c > 0, ÷òî äëÿ ëþáîãî 0 6 t 6 t∗ è ëþáîé
ïàðû òî÷åê u, v ∈ V âûïîëíÿåòñÿ
EA←Dt
[|gA(u)− gA(v)|
]> c ·
((rt+1 − Rt) + (Rt+1 − rt)
).
Âûâîä òåîðåìû Áóðãåéíà èç ýòîãî óòâåðæäåíèÿ
Äëÿ îöåíêè ìàòîæèäàíèÿ |gA(u)− gA(v)| óñðåäíèì îöåíêó èç
óòâåðæäåíèÿ ïî äèàïàçîíó 0 6 t 6 t∗. Ïðîìåæóòî÷íûå ðàäèóñûñîêðàùàþòñÿ: (rt+1 − Rt) + (Rt+1 − rt) = (Rt+1 − Rt) + (rt+1 − rt)Ïîýòîìó ïîëó÷àåì
EA←D
[|gA(u)−gA(v)|
]>
c
1 + log n·(Rt∗+1+rt∗+1−R0−r0) >
c ′
log n·d(u, v)
3
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 31 / 34
Äîêàçàòåëüñòâî îñíîâíîãî óòâåðæäåíèÿ
v
uA
B(v, rt)
B(u,Rt+1)
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 32 / 34
Äîêàçàòåëüñòâî îñíîâíîãî óòâåðæäåíèÿ
v
uA
B(v, rt)
B(u,Rt+1)
Óêàæåì äâà íåñîâìåñòíûõ ñîáûòèÿ, êàæäîå èç êîòîðûõ ïðîèñõîäèò ñ
âåðîÿòíîñòüþ Ω(1), ïðè÷¼ì îäíî ñîáûòèå ãàðàíòèðóåò íåðàâåíñòâî
|gA(u)− gA(v)| > Rt+1 − rt , à âòîðîå |gA(u)− gA(v)| > rt+1 − Rt .
Ýòîãî äîñòàòî÷íî äëÿ èñêîìîé îöåíêè.
Íàïîìíèì, ÷òî äîêàçûâàåì íåðàâåíñòâî
EA←Dt
[|gA(u)− gA(v)|
]> c ·
((rt+1 − Rt) + (Rt+1 − rt)
).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 32 / 34
Äîêàçàòåëüñòâî îñíîâíîãî óòâåðæäåíèÿ
v
uA
B(v, rt)
B(u,Rt+1)
Óêàæåì äâà íåñîâìåñòíûõ ñîáûòèÿ, êàæäîå èç êîòîðûõ ïðîèñõîäèò ñ
âåðîÿòíîñòüþ Ω(1), ïðè÷¼ì îäíî ñîáûòèå ãàðàíòèðóåò íåðàâåíñòâî
|gA(u)− gA(v)| > Rt+1 − rt , à âòîðîå |gA(u)− gA(v)| > rt+1 − Rt .
Ýòîãî äîñòàòî÷íî äëÿ èñêîìîé îöåíêè.
Ïåðâîå ñîáûòèå: A ∩ B(u,Rt+1) = ∅ è A ∩ B(v , rt) 6= ∅.Âòîðîå ñîáûòèå: A ∩ B(u, rt+1) = ∅ è A ∩ B(v ,Rt) 6= ∅.Ñîáûòèÿ íåñîâìåñòíû: èç A ∩ B(u,Rt+1) = ∅ ñëåäóåò
A ∩ B(v ,Rt) = ∅, òàê êàê Rt+1 > Rt .
Ñîáûòèÿ ñèììåòðè÷íû, ïîýòîìó îöåíèì âåðîÿòíîñòü ïåðâîãî èç íèõ.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 32 / 34
Äîêàçàòåëüñòâî îñíîâíîãî óòâåðæäåíèÿ
v
uA
B(v, rt)
B(u,Rt+1)
Øàðû B(u,Rt+1) è B(v , rt) íå ïåðåñåêàþòñÿ (òàê êàê ðàäèóñ êàæäîãî
íå ïðåâîñõîäèò d(u, v)/3).Òàê êàê t 6 t∗, òî rt = ρt(v). Äëÿ îáú¼ìîâ øàðîâ âûïîëíÿþòñÿ îöåíêè
|B(u,Rt+1)| 6 2t+1, |B(v , rt)| > 2t .
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 32 / 34
Äîêàçàòåëüñòâî îñíîâíîãî óòâåðæäåíèÿ
v
uA
B(v, rt)
B(u,Rt+1)
Âåðîÿòíîñòü ïåðâîãî ñîáûòèÿ íå ìåíüøå
(1− 2−t)|B(u,Rt+1)| ·(1− (1− 2−t)|B(v ,rt)|) >
> (1− 2−t)2t+1 ·
(1− (1− 2−t)2
t) ≈ e−2(1− e−1) = Ω(1).
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 32 / 34
|B(u,Rt+1)| 6 2t+1 |B(v , rt)| > 2t
Î ïîãðåøíîñòè àïïðîêñèìàöèè ËåéòîíàÐàî
Äîêàçàòåëüñòâî îïòèìàëüíîñòè `1-ïîëóìåòðèê áûëîêîíñòðóêòèâíûì. Òåïåðü íóæíî ïîñòðîèòü àëãîðèòì, êîòîðûé
íàõîäèò âëîæåíèå â `1, îòâå÷àþùåå îöåíêå òåîðåìû Áóðãåéíà.
Òðóäíîñòü: ðàçìåðíîñòü âëîæåíèÿ ðàâíà ìîùíîñòè íîñèòåëÿ
ðàñïðåäåëåíèÿ D, òî åñòü ýêñïîíåíöèàëüíî âåëèêà.
Ïðåîäîëåíèå òðóäíîñòè: âûáåðåì íåñêîëüêî ìíîæåñòâ A1, . . . , Am
íåçàâèñèìî ïî ðàñïðåäåëåíèþ D è îïðåäåëèì âëîæåíèå êàê
f (u) =1
m
(gA1(u), gA2(u), . . . , gAm(u)
).
Ñðåäíåå çíà÷åíèå |gAi(u)− gAi
(v)| ïðè ñëó÷àéíîì âûáîðå i áóäåòíå ñèëüíî îòêëîíÿòüñÿ îò ìàòîæèäàíèÿ. Ïîýòîìó ñ çàìåòíîé
âåðîÿòíîñòüþ âëîæåíèå f áóäåò èçìåíÿòü ðàññòîÿíèÿ â O(log |V |)ðàç.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 33 / 34
Î ïîãðåøíîñòè àïïðîêñèìàöèè ËåéòîíàÐàî
Äîêàçàòåëüñòâî îïòèìàëüíîñòè `1-ïîëóìåòðèê áûëîêîíñòðóêòèâíûì. Òåïåðü íóæíî ïîñòðîèòü àëãîðèòì, êîòîðûé
íàõîäèò âëîæåíèå â `1, îòâå÷àþùåå îöåíêå òåîðåìû Áóðãåéíà.
Òðóäíîñòü: ðàçìåðíîñòü âëîæåíèÿ ðàâíà ìîùíîñòè íîñèòåëÿ
ðàñïðåäåëåíèÿ D, òî åñòü ýêñïîíåíöèàëüíî âåëèêà.
Ïðåîäîëåíèå òðóäíîñòè: âûáåðåì íåñêîëüêî ìíîæåñòâ A1, . . . , Am
íåçàâèñèìî ïî ðàñïðåäåëåíèþ D è îïðåäåëèì âëîæåíèå êàê
f (u) =1
m
(gA1(u), gA2(u), . . . , gAm(u)
).
Ñðåäíåå çíà÷åíèå |gAi(u)− gAi
(v)| ïðè ñëó÷àéíîì âûáîðå i áóäåòíå ñèëüíî îòêëîíÿòüñÿ îò ìàòîæèäàíèÿ. Ïîýòîìó ñ çàìåòíîé
âåðîÿòíîñòüþ âëîæåíèå f áóäåò èçìåíÿòü ðàññòîÿíèÿ â O(log |V |)ðàç.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 33 / 34
Î ïîãðåøíîñòè àïïðîêñèìàöèè ËåéòîíàÐàî
Äîêàçàòåëüñòâî îïòèìàëüíîñòè `1-ïîëóìåòðèê áûëîêîíñòðóêòèâíûì. Òåïåðü íóæíî ïîñòðîèòü àëãîðèòì, êîòîðûé
íàõîäèò âëîæåíèå â `1, îòâå÷àþùåå îöåíêå òåîðåìû Áóðãåéíà.
Òðóäíîñòü: ðàçìåðíîñòü âëîæåíèÿ ðàâíà ìîùíîñòè íîñèòåëÿ
ðàñïðåäåëåíèÿ D, òî åñòü ýêñïîíåíöèàëüíî âåëèêà.
Ïðåîäîëåíèå òðóäíîñòè: âûáåðåì íåñêîëüêî ìíîæåñòâ A1, . . . , Am
íåçàâèñèìî ïî ðàñïðåäåëåíèþ D è îïðåäåëèì âëîæåíèå êàê
f (u) =1
m
(gA1(u), gA2(u), . . . , gAm(u)
).
Ñðåäíåå çíà÷åíèå |gAi(u)− gAi
(v)| ïðè ñëó÷àéíîì âûáîðå i áóäåòíå ñèëüíî îòêëîíÿòüñÿ îò ìàòîæèäàíèÿ. Ïîýòîìó ñ çàìåòíîé
âåðîÿòíîñòüþ âëîæåíèå f áóäåò èçìåíÿòü ðàññòîÿíèÿ â O(log |V |)ðàç.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 33 / 34
Î ïîãðåøíîñòè àïïðîêñèìàöèè ËåéòîíàÐàî
Äîêàçàòåëüñòâî îïòèìàëüíîñòè `1-ïîëóìåòðèê áûëîêîíñòðóêòèâíûì. Òåïåðü íóæíî ïîñòðîèòü àëãîðèòì, êîòîðûé
íàõîäèò âëîæåíèå â `1, îòâå÷àþùåå îöåíêå òåîðåìû Áóðãåéíà.
Òðóäíîñòü: ðàçìåðíîñòü âëîæåíèÿ ðàâíà ìîùíîñòè íîñèòåëÿ
ðàñïðåäåëåíèÿ D, òî åñòü ýêñïîíåíöèàëüíî âåëèêà.
Ïðåîäîëåíèå òðóäíîñòè: âûáåðåì íåñêîëüêî ìíîæåñòâ A1, . . . , Am
íåçàâèñèìî ïî ðàñïðåäåëåíèþ D è îïðåäåëèì âëîæåíèå êàê
f (u) =1
m
(gA1(u), gA2(u), . . . , gAm(u)
).
Ñðåäíåå çíà÷åíèå |gAi(u)− gAi
(v)| ïðè ñëó÷àéíîì âûáîðå i áóäåòíå ñèëüíî îòêëîíÿòüñÿ îò ìàòîæèäàíèÿ. Ïîýòîìó ñ çàìåòíîé
âåðîÿòíîñòüþ âëîæåíèå f áóäåò èçìåíÿòü ðàññòîÿíèÿ â O(log |V |)ðàç.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 33 / 34
Îöåíêà âåðîÿòíîñòè õîðîøåãî âëîæåíèÿ
Âàðèàíò îöåíêè ×åðíîâà
Ïóñòü ñëó÷àéíûå âåëè÷èíû Xi , 1 6 i 6 m ñ êîíå÷íûì íîñèòåëåì
íåçàâèñèìû è 0 6 Xi 6 1 äëÿ âñåõ i . Îáîçíà÷èì X = X1 + · · ·+ Xm.
Òîãäà
Pr[E[X ]− X > ma
]6 e−ma2/4.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 34 / 34
Îöåíêà âåðîÿòíîñòè õîðîøåãî âëîæåíèÿ
Âàðèàíò îöåíêè ×åðíîâà
Ïóñòü ñëó÷àéíûå âåëè÷èíû Xi , 1 6 i 6 m ñ êîíå÷íûì íîñèòåëåì
íåçàâèñèìû è 0 6 Xi 6 1 äëÿ âñåõ i . Îáîçíà÷èì X = X1 + · · ·+ Xm.
Òîãäà
Pr[E[X ]− X > ma
]6 e−ma2/4.
Ïóñòü Xi = |gAi(u)− gAi
(v)|/d(u, v).Îòîáðàæåíèå v 7→ gA(v) ñæèìàþùåå, ïîýòîìó 0 6 Xi 6 1.
Èç òåîðåìû Áóðãåéíà:
E[Xi ] >c
log |V |.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 34 / 34
Îöåíêà âåðîÿòíîñòè õîðîøåãî âëîæåíèÿ
Âàðèàíò îöåíêè ×åðíîâà
Ïóñòü ñëó÷àéíûå âåëè÷èíû Xi , 1 6 i 6 m ñ êîíå÷íûì íîñèòåëåì
íåçàâèñèìû è 0 6 Xi 6 1 äëÿ âñåõ i . Îáîçíà÷èì X = X1 + · · ·+ Xm.
Òîãäà
Pr[E[X ]− X > ma
]6 e−ma2/4.
Ïóñòü Xi = |gAi(u)− gAi
(v)|/d(u, v).Ïðè a = c/(2 log |V |) èç îöåíêè ×åðíîâà ïîëó÷àåì
Pr
[X 6 m
c
2 log |V |
]6 Pr
[E[X ]− X > m
c
2 log |V |
]6
6 exp(−m
c2
4 log2 |V |
).
Ïðè m = θ(log3 |V |) ýòà âåðîÿòíîñòü ìåíüøå 1/|V |3.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 34 / 34
E[Xi ] >c
log |V |
Îöåíêà âåðîÿòíîñòè õîðîøåãî âëîæåíèÿ
Âàðèàíò îöåíêè ×åðíîâà
Ïóñòü ñëó÷àéíûå âåëè÷èíû Xi , 1 6 i 6 m ñ êîíå÷íûì íîñèòåëåì
íåçàâèñèìû è 0 6 Xi 6 1 äëÿ âñåõ i . Îáîçíà÷èì X = X1 + · · ·+ Xm.
Òîãäà
Pr[E[X ]− X > ma
]6 e−ma2/4.
Ïðè m = θ(log3 |V |) âåðîÿòíîñòü òîãî, ÷òî âëîæåíèå v 7→ f (v) ñæèìàåòñëèøêîì ñèëüíî, íå ïðåâîñõîäèò 1/|V | (îöåíêà îáúåäèíåíèÿ ïî ïàðàì
âåðøèí).
Ïîëó÷èëè ïîëèíîìèàëüíûé âåðîÿòíîñòíûé àëãîðèòì, êîòîðûé ñ
âåðîÿòíîñòüþ îøèáêè < 1/|V | íàõîäèò `1-ìåòðèêó, äîñòèãàþùóþîöåíêè â òåîðåìå Áóðãåéíà ñ òî÷íîñòüþ äî êîíñòàíòíîãî ìíîæèòåëÿ.
Ì. Âÿëûé (ÂÖ ÔÈÖ ÈÓ ÐÀÍ) Ëåêöèÿ 3: Sparsest cut ÑÏá, CSclub, 2016 34 / 34
E[Xi ] >c
log |V | Pr
[X/m 6 c
2 log |V |
]6 exp
(−m c2
4 log2 |V |
)