Maksymalny brak równowagi na wykresie?


10

Niech G być połączony wykres G=(V,E) z węzłami V=1n , a krawędzie E . Niech wi oznacza (całkowitą) wagę wykresu G , przy czym iwi=m całkowita waga na wykresie. Średnia waga na węzeł wynosi wtedy w¯=m/n . Niech ei=wiw¯ oznacza odchylenie węzłai od środka. Dzwonimynierównowagawęzła I .|ei|i

Załóżmy, że waga między dowolnymi dwoma sąsiednimi węzłami może różnić się co najwyżej o 1 , tj.

wiwj1(i,j)E.

Pytanie : Jaka jest największa nierównowaga sieć może mieć pod względem n oraz m ? Aby być bardziej precyzyjnym, wyobraź sobie wektor e=(e1,,en) . Byłbym równie zadowolony z wyników dotyczących ||e||1 lub ||e||2 .

Dla ||e|| , prosty związany pod względem średnicy wykresu można znaleźć: Ponieważ wszystkie ei muszą sumować się do zera, jeśli istnieje duża dodatnia ei , musi gdzieś być ujemny ej . Stąd ich różnica |eiej|jest przynajmniej |ei|, ale ta różnica może wynosić co najwyżej najkrótszą odległość między węzłami i i j , co z kolei może wynosić co najwyżej średnicę wykresu.

Interesują mnie silniejsze granice, najlepiej dla 1 - lub 2 normalnej. Przypuszczam, że powinna ona obejmować pewną teorię grafów spektralnych, aby odzwierciedlić łączność grafu. Próbowałem wyrazić to jako problem maksymalnego przepływu, ale bezskutecznie.

EDYCJA: Więcej wyjaśnień. Interesuje mnie 1 - lub 2 norma, ponieważ dokładniej odzwierciedlają one całkowity brak równowagi. Trywialna relacja zostałaby uzyskana z ||e||1n|||e|| i . Spodziewam się jednak, że ze względu na połączenie wykresu i moje ograniczenie różnicy obciążeń między sąsiednimi węzłami,1i2-norma powinny być znacznie mniejsze.||e||2n||e||12

Przykład: Hypercube o wymiarze d, przy . Ma średnicę d = log 2 ( n ) . Maksymalny brak równowagi wynosi wtedy co najwyżej d . Sugeruje to, jako górne ograniczenie dla 1 -norm n D = n log 2 ( n ) . Jak dotąd nie byłem w stanie skonstruować sytuacji, w której jest to faktycznie uzyskiwane, najlepsze, co mogę zrobić, to coś podobnego do | | e | | 1 = n / 2n=2dd=log2(n)d1nd=nlog2(n)||e||1=n/2, gdzie osadzam cykl w Hypercube, a węzły mają nierównowagę , 1 , 0 , - 1 itd. Więc tutaj granica jest wyłączona przez współczynnik log ( n ) , który uważam już za bardzo, ponieważ szukam (asymptotycznie) ciasnych granic.0101log(n)


1
interesujące pytanie. czy jest jakaś konkretna aplikacja?
Suresh Venkat

2
@ András Salamon: Dziękujemy za edycję. @Suresh Venkat: Załóżmy, że wagi reprezentują liczbę agentów o jednakowych rozmiarach, którzy chcą zminimalizować swoje doświadczone obciążenie. Będą chcieli przejść z do j, jeśli w i > w i . Jeśli nikt nie chce się ruszać, nazywamy to równowagą Nasha. Pytanie: Jaki jest największy całkowity brak równowagi, jaki możemy mieć w równowadze Nasha? ijwi>wi
Lagerbaer,

Czy zdarza ci się mieć przykład wykresu, na którym twoja prosta granica średnicy jest zbyt luźna?
mhum,

Cóż, mogę w prosty sposób powiązać pozostałe dwie normy, używając . Interesuje mnie 1 - lub 2 - norma, ponieważ dokładniej wychwytują „całkowity” brak równowagi. Dodałem przykład do mojego pytania. ||e||1n||e||12
Lagerbaer,

Co do hipersześcianu, co jeśli ważymy wierzchołki według ich masy Hamminga? Dostaję coś takiego jak dlal2i myślę, żel1będzie rzędund. d(n2)/2l2l1nd
Artem Kaznatcheev

Odpowiedzi:


8

Ponieważ jest ograniczony przez średnicę d , norma 1 będzie trywialnie ograniczona przez n d , podobnie dla normy 2 , z wyjątkiem |ei|d1nd2(w rzeczywistościnormapjest ograniczona przezn 1 / p d).ndpn1/pd

przypadek okazuje się być zaskakująco łatwe do analizy.1

W przypadku ścieżki łatwo zauważyć, że to O ( n 2 ) , więc nie możesz zrobić nic lepszego niż O ( n d ) .e1O(n2)O(nd)

Aby uzyskać pełne drzewo -ary, możesz podzielić je na pół w katalogu głównym, ustawiając w root = 0 , rosnąco po jednej stronie i malejąco po drugiej, aż liście będą miały | e i | = | w i | = log k n , wytwarzając ponownie O ( n log k n ) = O ( n d ) ponownie.kwroot=0|ei|=|wi|=logknO(nlogkn)=O(nd)

W przypadku kliki tak naprawdę nie ma znaczenia, w jaki sposób rozkładasz ciężary, ponieważ będą one znajdować się w odległości od siebie, a to da O ( n ) = O ( n d ) ponownie.1O(n)=O(nd)

Kiedy zdasz sobie sprawę, że mówimy tutaj o funkcji , a następnie przyjmujemy jej normę 1 , o ile możesz dowolnie rozdzielić ciężary e i[ - d / 2 , d / 2 ] równomiernie w całym zakresie, granica będzie równa O ( n d ) .e:Z[d/2,d/2]R1ei[d/2,d/2]O(nd)

Jedynym sposobem na zmianę tego jest granie w gry z masą. Na przykład, jeśli masz kilka gigantycznych klik w punktach, które są koniecznie zrównoważone, jak gigantyczna klika z dwoma wystającymi z niej ścieżkami o równej długości, możesz liczyć na granicę tylko (na przykład) .O(d2)

Może to w pewnym stopniu dotyczyć ekspanderów, ale nie jestem pewien. Mogę sobie wyobrazić przypadek, w którym ustawiłeś na zwykłym wykresie, a następnie pozwoliłem, aby wartości rosły z każdym skokiem. Wydaje się prawdopodobne, że średnia mogłaby mieć największą masę, ale nie wiem, czy wystarczyłaby, aby wpłynąć na granicę.w1=0

Myślę, że można rozumować podobnie około .2

EDYTOWAĆ:

2O(|E|/λ2(L))


ei=d/2O(nd)

1
eiwieiO(nd)

Pozwól, że podam inny przykład. Wykres dumbell z dwiema klikami ma bardzo niskie przewodnictwo, ale jego brak równowagi jest ograniczony przez 2.
Josephine Moeller

Granica związana ze strukturą byłaby czymś, z czego byłbym całkowicie zadowolony. Dlatego wspomniałem o wartościach własnych, ponieważ odnoszą się one do właściwości połączenia. Istnieją np. Granice średnicy, średniej ścieżki, liczby izoperymetrycznej itp. W kategoriach drugiego najmniejszego wektora własnego macierzy Laplaciana na wykresie.
Lagerbaer,

2/n

3

|wi1/nkwk|wkwkv1+v1v2+v2...vk+vkwi+wiwk,v1,...,vk,wiwiwkwki=wkv1+v1v2+v2...vk+vkwi

|wi1/nkwk|=|wi1/nk(wki+wi)|=|kiwkin|

wkiikwiwj1i,jE

|wi1/nkwk|(n1)nD

kD+1knmD+1D


D<00kk(n1)/nknkmoże być tak duży, jak to pożądane.
András Salamon,

G

1
||e||
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.