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计算机科学 > 数据结构与算法

arXiv:2508.08078 (cs)
[提交于 2025年8月11日 ]

标题: 稀疏化每个群上的凯莱图

标题: Sparsifying Cayley Graphs on Every Group

Authors:Jun-Ting Hsieh, Daniel Z. Lee, Sidhanth Mohanty, Aaron Putterman, Rachel Yun Zhang
摘要: 图论中的一个经典结果,由Batson、Spielman和Srivastava(STOC 2009)提出,表明每个图都存在一个$(1 \pm \varepsilon)$割(或谱)稀疏子图,仅保留$O(n / \varepsilon^2)$重加权边。 然而,当将此结果应用于\emph{凯莱图}时,得到的稀疏子图不再一定是Cayley图——它可以是任意的边子集。 因此,最近的一个研究方向,且目前进展甚微,提出了如下问题:对于任何群$G$,该群$G$上的所有Cayley图是否都存在仅保留$\mathrm{polylog}(|G|)/\varepsilon^2$重加权生成元的稀疏子图? 作为我们的主要贡献,我们肯定地回答了这个问题,提出了此类Cayley图谱稀疏子图存在的证明,以及一种高效寻找它们的算法。 我们的算法甚至可以扩展到\emph{定向的}Cayley图,如果我们只请求割稀疏子图而不是谱稀疏子图的话。 我们还研究了非阿贝尔群上的线性方程的稀疏化。 与阿贝尔情况相反,我们证明对于非阿贝尔值的方程,必须保留超多项式数量的线性方程,才能在任何输入下近似保留满足方程的数量。 结合我们的Cayley图稀疏化结果,这为Cayley图稀疏化和稀疏化线性方程提供了形式上的区别。
摘要: A classic result in graph theory, due to Batson, Spielman, and Srivastava (STOC 2009) shows that every graph admits a $(1 \pm \varepsilon)$ cut (or spectral) sparsifier which preserves only $O(n / \varepsilon^2)$ reweighted edges. However, when applying this result to \emph{Cayley graphs}, the resulting sparsifier is no longer necessarily a Cayley graph -- it can be an arbitrary subset of edges. Thus, a recent line of inquiry, and one which has only seen minor progress, asks: for any group $G$, do all Cayley graphs over the group $G$ admit sparsifiers which preserve only $\mathrm{polylog}(|G|)/\varepsilon^2$ many re-weighted generators? As our primary contribution, we answer this question in the affirmative, presenting a proof of the existence of such Cayley graph spectral sparsifiers, along with an efficient algorithm for finding them. Our algorithm even extends to \emph{directed} Cayley graphs, if we instead ask only for cut sparsification instead of spectral sparsification. We additionally study the sparsification of linear equations over non-abelian groups. In contrast to the abelian case, we show that for non-abelian valued equations, super-polynomially many linear equations must be preserved in order to approximately preserve the number of satisfied equations for any input. Together with our Cayley graph sparsification result, this provides a formal separation between Cayley graph sparsification and sparsifying linear equations.
主题: 数据结构与算法 (cs.DS) ; 组合数学 (math.CO)
引用方式: arXiv:2508.08078 [cs.DS]
  (或者 arXiv:2508.08078v1 [cs.DS] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.08078
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Aaron (Louie) Putterman [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 8 月 11 日 15:25:06 UTC (39 KB)
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