Una variazione sulla discrepanza che coinvolge grafici casuali


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Supponiamo di avere un grafico su n nodi. Vorremmo assegnare a ciascun nodo un +1 o un 1 . Chiamalo una configurazione σ{+1,1}n . Il numero di +1 s che dobbiamo assegnare è esattamente s (quindi il numero di 1 s è ns ). Data una configurazione σ , osserviamo ciascun nodo i e sommiamo i valori assegnati ai suoi vicini, chiamiamo questo ξi(σ)ξi(σ)

N(σ):=i=1n1{ξi(σ)0}.
σN(σ)(maxN)/ns/n. Mi chiedo se questo problema sembri familiare a nessuno o se possa essere ridotto a qualche problema noto nella teoria dei grafi. Se aiuta, si può presumere che il grafico sia casuale del tipo Erdős-Renyi (diciamo, G (n, p) con probabilità del bordo , ovvero grado medio che cresce come ). L'istruttore principale è nel caso in cui .p (logn)/nlogns/n(0,1/2)

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Ho cambiato il titolo, perché ciò che stai chiedendo è correlato a problemi di discrepanza negli spazi. NON è tuttavia correlato alla discrepanza nei grafici (che riguarda maggiormente le deviazioni della densità dei bordi)
Suresh Venkat

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limite semplice: prendere a caso; Pr [ ξ i ( σ ) < 0 ] exp ( - C δ i ( s / n - 1 / 2 ) 2 ) , dove δ i è il grado di vertice i e C è una costante. Quindi, E [ N ( σ ) ] i 1 - exp ( -σPr[ξi(σ)<0]exp(Cδi(s/n1/2)2)δiiC . Se si dice s = 3 n / 4 e il grafico è ( 16 / C ) log n -regolare, allora esiste σ tale che N ( σ ) n - O ( 1 ) . E[N(σ)]i1exp(Cδi(s/n1/2)2)s=3n/4(16/C)lognσN(σ)nO(1)
Sasho Nikolov,

@Suresh: grazie. Questo è quello che mi piace chiedere agli informatici, impari qualcosa di nuovo! Allora, dove è un buon posto per conoscere i problemi di discrepanza nello spazio di portata? (Forse un breve documento conciso?)
passerby51

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@Sasho: grazie. Per qualche motivo, non riesco a vedere correttamente le equazioni (si sono scontrate con il testo circostante). Proverò a leggerlo e risponderò a te. Ma devo dire che il regime interessante per me è e il problema sembra ottenere più duro come s / n approcci 1 / 2 . (Ciò è dovuto alla considerazione della simmetria nel problema originale da cui proviene.) Non penso che guardare un σ casuale lo farebbe per s / n ( 0 , 1 /s/n(0,1/2)s/n1/2σ . s/n(0,1/2)
passerby51,

L'ipotesi / speranza è che diciamo G (n, p) con p ( log n ) / n oppure p ( log n ) 1 + ϵ / n . Ho appena realizzato l'errore di battitura nel mio post originale per quanto riguarda p . Mi dispiace per quello. Il grado medio sta crescendo come log n not p . (maxN)/n=o(1)p (logn)/np (logn)1+ϵ/nplognp
passerby51,

Risposte:


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Potresti avvicinarti a questo con un calcolo del "secondo momento", simile a quello che ho usato in Una soglia acuta per un problema di soddisfazione del vincolo casuale , Discrete Mathematics 285 / 1-3 (2004), 301-305.

Quando il grado medio cresce come un numero sufficientemente ampio volte costanti , questo approccio è stato spesso sufficiente per trovare esattamente la soglia della soddisfacibilità. Potrebbe anche mostrare la frazione di clausole che possono essere soddisfatte in un caso insoddisfacente, anche se non l'ho studiato.logn

Per rendere il tuo problema più simile al mio generale, puoi vederlo come un "MAX-AT-LEAST-HALF-SAT" con una speciale struttura grafica alla base delle clausole nella formula CNF. Non penso che questa struttura speciale ti aiuterà in un'analisi del caso peggiore, e poiché la dimensione della tua clausola non è uniforme e il tuo set di compiti "cattivo" è in crescita, dovrai passare attraverso il calcolo e vedere se funziona ancora.


considerare questo come un CSP sembra davvero una soluzione migliore rispetto a vederlo come un problema di discrepanza
Sasho Nikolov,

Grazie. Questo sembra molto interessante. Lo esaminerò.
passerby51,

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Vorrei approfondire il mio commento. Innanzitutto, questo è simile alla discrepanza, ma ovviamente diverso in diversi modi. Dato un sistema di insiemi S 1 , , S m{ 1 , n } = [ n ] , la discrepanza del sistema è min σ : [ n ] { ± 1 } max j | i S j σ ( i ) | . Indichiamo σmS1,,Sm{1,n}=[n]minσ:[n]{±1}maxj|iSjσ(i)|. La tua definizione differisce dal fatto che vuoi sapere per quanti set σ ( S j ) è positivo e la discrepanza chiede quanto è grande σ ( S j ) in grandezza nel peggiore dei casi. Per una breve introduzione, forse le mienote di scribapossono aiutare. Chazelle ha un bellibroche approfondisce molti dettagli.σ(Sj)=|iSjσ(i)|σ(Sj)σ(Sj)

Per un limite inferiore probabilistico facile quando , come nel mio commento, dato un grafico G = ( [ n ] , E ) con sequenza gradi δ 1 , , δ n , puoi scegliere σ uniformemente a caso da tutti sequenze con s 1 (le σ i non sono indipendenti, ma in questo caso dovrebbe essere possibile dimostrare un limite di Chernoff). Abbiamo E [ ξ i ( σ ) ] =s>n/2G=([n],E)δ1,,δnσs 1σi e, da un Chernoff vincolato, Pr [ ξ i ( σ ) < 0 ] exp ( - C δ i ( s / n - 1 / 2 ) 2 ) per qualche costante C . Quindi E [ N ( σ ) ] n - i exp ( - C δ i ( sE[ξi(σ)]=δis/nPr[ξi(σ)<0]exp(Cδi(s/n1/2)2)C . Quindi esiste qualcheσche raggiunge questo limite.E[N(σ)]niexp(Cδi(s/n1/2)2)σ

EDIT: sembra che tu sia interessato al caso . Scegliamo σ a caso come nel paragrafo precedente. Utilizzando una versione del teorema del limite centrale per il campionamento senza sostituzione ( σ è un campione di dimensione s senza sostituzione dai vertici del grafico), dovresti essere in grado di mostrare che ξ i ( σ ) si comporta come un gaussiano con media δ i ( 2 s / n - 1 ) e varianza attorno a δ i , quindi Pr [s<n/2σσsξi(σ)δi(2s/n1)δi per alcuni C e η ( n ) un parametro di errore dal teorema del limite centrale. Dovremmo avere n η ( n ) = o ( n ) , quindi puoi prendere N ( σ ) iPr[ξi(σ)0]=exp(Cδi(2s/n1)2)±η(n)η(n)nη(n)=o(n) .N(σ)iexp(Cδi(2s/n1)2)o(n)

Disclaimer: questo ha senso solo se sono costanti / piccoli o s / n è molto vicino a n / 2 . Inoltre i calcoli sono in qualche modo euristici e non eseguiti con molta attenzione.δis/nn/2


Grazie per i bei link e l'argomento. Mi piace l'argomento probabilistico, ma penso che ci sia qualcosa di sbagliato nel tuo limite. Puoi vederlo, impostando , per il quale dovremmo avere P r [ ξ i ( σ ) < 0 ] = 1 . Sembra che questo sia ciò che è andato storto: se scegli σ uniformemente a caso dall'insieme specificato nel problema, ogni σ j ha prob. γ : = s / n di essere + 1 e prob. di 1 - γs=0Pr[ξi(σ)<0]=1σσjγ:=s/n+11γdi essere . Quindi, E [ ξ i ( σ ) ] = ( 2 γ - 1 ) δ i negativa per γ ( 0 , 1 / 2 ) ...1E[ξi(σ)]=(2γ1)δiγ(0,1/2)
passerby51

Il non sarà indipendente e in senso stretto non possiamo usare la disuguaglianza di Hoeffding. Ma ignoriamo questo dettaglio minore e assumiamolo se poi Il limite sarebbe P r [ 1{σj}che contiene pert0. Non possiamo impostaret=2γ-1<0per ottenerePr[ξi(σ)<0]. Pr[1δiξi(σ)<t+2γ1)exp(δit2/2)t0t=2γ1<0Pr[ξi(σ)<0]
passerby51,

scusa, avrei dovuto precisarlo: il presupposto qui era che . altrimenti questo non ha senso e hai bisogno di qualcosa di più forte come Berry-Esseen. penso che σ j possa essere considerato essenzialmente indipendentes>n/2σj
Sasho Nikolov,

@ passerby51 aggiunto uno schizzo come si potrebbe tentare di utilizzare una versione quantitativa del teorema del limite centrale per estendere la probabilistico legato a . s/n<1/2
Sasho Nikolov,
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