计算机科学 > 数据结构与算法
[提交于 2025年9月26日
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标题: 新的并行和流式算法用于有向密集子图
标题: New Parallel and Streaming Algorithms for Directed Densest Subgraph
摘要: 寻找密集子图是一个基本问题,广泛应用于社区检测、聚类和数据挖掘。 我们的工作集中在计算模型中查找有向图中的近似最稠密子图,这些计算模型用于处理大规模数据。 我们考虑了两种这样的模型:大规模并行计算(MPC)和半流式计算。 我们展示了如何在 $\tilde{O}(\sqrt{\log n})$ MPC 轮次中找到一个 $(2+\varepsilon)$-近似解,且每台机器的内存使用量为次线性。 这比 Bahmani 等人(WAW 2014)和 Mitrović & Pan(ICML 2024)的最新结果有所改进。 此外,我们展示了如何在半流式计算中通过一次遍历找到一个 $O(\log n)$-近似解。 这与之前的工作形成鲜明对比,之前的工作表明一次遍历只能得到 $\tilde{\Omega}(n^{1/6})$-近似解;只有在随机流的情况下才能获得更好的近似(Mitrović & Pan)。 这是第一个确定性的单遍历半流式算法,用于最稠密子图问题,适用于无向图和有向图。 我们的半流式方法也是一种仅插入的动态算法,在使用次线性内存的同时,实现了首个具有 $O(\log^2 n)$ 最坏情况更新时间的有向最稠密子图算法。 我们以两种方式对我们的方法进行了实证评估。 首先,我们展示了我们的单遍历半流式算法的表现远优于理论保证。 具体来说,它在时间序列数据集上的近似效果与 Bahmani 等人(VLDB 2012)提出的 $O(\log n)$-遍历算法的 $(2+\varepsilon)$-近似效果相匹配。 其次,我们证明了我们的 MPC 算法所需的轮次数少于之前的工作。
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