SlideShare une entreprise Scribd logo
1  sur  32
Limits of local algorithms for random graphsLimits of local algorithms for random graphs
David Gamarnik
Joint work with
Madhu Sudan (Microsoft Research, New England)
Yandex workshop on extremal combinatorics
June 24, 2014
Local Algorithms
Computer Science.
Applications: hardware, fault-tolerant models of computation,
sensor networks.
Lynch (book) [1996]
Nguyen & Onak [2008]
Rubinfeld, Tamir, Vardi, Xie [2011]
Suomela (survey) [2011]
Wireless communications
Applications: communication protocols with low overhead
Shah [2008]
Shin & Shah [2012]
Who is interested in local algorithms?
Network Science. Economic team modeling
Applications: models of social interaction, structure of social networks
Rusmevichientong, Van Roy [2003]
Judd, Kearns & Vorobeychik [2010]
Borgs, Brautbar, Chayes, Khanna & Lucier [2012]
Signal Processing. Machine learning.
Applications: image processing, coding theory, wireless communication,
gossip algorithms.
Wainwright & Jordan [2008], Mezard & Montanari [2009], Shah [2008]
Shin & Shah [2012]
Physics.
Applications: Spin glass theory
Mezard & Montanari [2009]
Who is interested in local algorithms?
Mathematics/Combinatorics.
Applications: graph limits.
Lovasz (book) [2012]
Hatami, Lovasz & Szegedy [2012]
Elek & Lippner [2010]
Lyons & Nazarov [2011]
Czoka & Lippner [2012]
Aldous [2012].
Who is interested in local algorithms?
Random n-node d-regular graph
I. Local algorithms for random graphs : i.i.d.
factors
locally regular tree like
Local algorithms: i.i.d. factors
Hatami-Lovasz-Szegedy [2012] framework
Generate i.i.d. U[0,1] weights
Apply some local rule f: decorated tree ! {0,1} for every node
f
0 or 1
Conjecture. Hatami, Lovasz & Szegedy [2012] There exists a local rule f
which produces a nearly largest independent set in a random d-regular graph
Example. f =1 iff the weight of the node is larger than the weights of all
of its neighbors
IN OUT
far from optimal !
Local algorithms: i.i.d. factors
Algorithms for independent sets in random graphs
Frieze & Luczak [1992]
Best known algorithm: Greedy
Hatami-Lovasz-Szegedy Conjecture: there exists f such that
Theorem. [G & Sudan ] Hatami-Lovasz-Szegedy conjecture is not valid: No
local rule f can produce an independent set larger than factor of
the optimal, for large enough d.
Theorem. [Rahman & Virag 2014] No local rule f can produce an
independent set larger than factor of the optimal, for large enough d.
Notes:
1. Rahman & Virag’s result is the best possible: factor ½ can be achieved by
local algorithms, Lauer & Wormald [2007], G & Goldberg [2010]
2. Proof technique. Spin Glass theory: geometry of large independent sets
Main result
Geometry of solutions: clustering phenomena
Coja-Oghlan & Efthymiou [2010], G & Sudan [2012] Every two ‘’large’’
independent sets either have a very ‘’small’’ or a very ‘’large’’ intersection:
Geometry of solutions: clustering phenomena
Coja-Oghlan & Efthymiou [2010], G & Sudan [2012] Every two ‘’large’’
independent sets either have a very ‘’small’’ or a very ‘’large’’ intersection:
Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists
?
(a) Generate two i.i.d. sequences
Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists
(b) Interpolate between the two sequences
Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists
(b) Interpolate between the two sequences
Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists
(b) Interpolate between the two sequences
Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists
(b) Interpolate between the two sequences
Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists
(b) Interpolate between the two sequences
Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists
(b) Interpolate between the two sequences
Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists
(b) Interpolate between the two sequences
Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists
(b) Interpolate between the two sequences
Intersection size belongs to
the ‘’non-existent interval’’
Theory is great not when it is correct but when
it is
interesting… Murray Davis, 1 97 1
II. Sequential local algorithms for random NAE-
K-SAT problem
Not-All-Equal-K-Satisfiability formula on n boolean variables and m clauses.
Each clause contains K (i.e. K=3)
Assignment
is satisfiable if every clause is satisfied by at least one variable, and is not satisfied
by at least some other variable
Formula is satisfiable if there exists at least one satisfying assignment.
NP-Complete.
Sequential local algorithms for random NAE-K-SAT
problem
Random NAE-K-SAT problem
Generate m clauses independently uniformly at random from the space of all
possible clauses (with replacement). d=m/n – clause density.
Theorem. [Coja-Oglan and Panagiotou 2014] The threshold for probability that the
formula is satisfiable
Best algorithm Unit Clause succeeds only when
Achlioptas et al. 2001
K gap!
Sequential local algorithms for the random NAE-K-SAT
problem
Sequential r-local algorithms
1.Fix a “local rule” which maps formula © with variable x to probability
value.
2.For i=1,2,…,n apply rule ¿ to variables xi and depth r sub-formulas ©i rooted at xi : fix xi to
be 1 with probability ¿(©i, xi), and 0 with probability 1- ¿(©i, xi)
Notes:
Belief Propagation (BP) guided decimation and Survey Propagation (SP) guided
decimation algorithms are sequential local algorithms when the number of iterations
is bounded by a constant independent of the number of variables
Unit Clause algorithm is a sequential local algorithm
Belief Propagation and Survey Propagation algorithms – message passing type
algorithms proposed by statistical physicists. Work remarkably well for low
values of K (K=3,4,5).
Mezard, Parisi & Zecchina [2003]
Krzakala, Montanari, Ricci-Tersenghi, Semerjian, Zdeborova [2007]
Mezard & Montanari (book) [2009]
Theorem. G & Sudan [2013] Every sequential local algorithm fails to find a
satisfying assignment when
simple algorithm
(Unit Clause) exist
no sequential local
algorithms exist
no solutions exist
Sequential local algorithms cannot bridge the 1/K gap
Proof Technique
(a) Clustering property for random NAE-K-SAT
(b) Interpolation between m randomly generated solutions
(c) Decisions for variables are localized
UNSAT
Proof Technique
(a) Clustering property for random NAE-K-SAT
Theorem. Let
With probability approaching unity as n increases, there does not exist m
satisfying assignments such that all pairwise Hamming
distances are
Proof: first moment method.
Some further thoughts
• The approach should apply to other problems with “symmetry”, for example
coloring of graphs. But applying the approach to random K-SAT is
problematic.
• In practice Survey Propagation algorithm is run for many iterations.
Challenge: establish similar result when there is no bound on the number of
iterations. Coja-Oghlan [2010] – true for Belief Propagation for K-SAT.
• Establish limits for the performance of local algorithms for random constraint
satisfaction problems using the most general (Computer Science) definition
of local algorithms.
Mick can’t get satisfaction above
(from Sequential Local Algorithms)
Chvatal & Reed [1998]
’’Mick gets some (the odds are on his side) [satisfiability]’’
Parting thoughts …
Thank you

Contenu connexe

Tendances

(研究会輪読) Facial Landmark Detection by Deep Multi-task Learning
(研究会輪読) Facial Landmark Detection by Deep Multi-task Learning(研究会輪読) Facial Landmark Detection by Deep Multi-task Learning
(研究会輪読) Facial Landmark Detection by Deep Multi-task Learning
Masahiro Suzuki
 
A Generic Algebraic Model for the Analysis of Cryptographic Key Assignment Sc...
A Generic Algebraic Model for the Analysis of Cryptographic Key Assignment Sc...A Generic Algebraic Model for the Analysis of Cryptographic Key Assignment Sc...
A Generic Algebraic Model for the Analysis of Cryptographic Key Assignment Sc...
dhruvgairola
 

Tendances (20)

(研究会輪読) Facial Landmark Detection by Deep Multi-task Learning
(研究会輪読) Facial Landmark Detection by Deep Multi-task Learning(研究会輪読) Facial Landmark Detection by Deep Multi-task Learning
(研究会輪読) Facial Landmark Detection by Deep Multi-task Learning
 
Gradient-Based Meta-Learning with Learned Layerwise Metric and Subspace
Gradient-Based Meta-Learning with Learned Layerwise Metric and SubspaceGradient-Based Meta-Learning with Learned Layerwise Metric and Subspace
Gradient-Based Meta-Learning with Learned Layerwise Metric and Subspace
 
Algebra presentation (J&A)
Algebra presentation (J&A) Algebra presentation (J&A)
Algebra presentation (J&A)
 
Daa unit 3
Daa unit 3Daa unit 3
Daa unit 3
 
Modular Super Vertex Magic Total Labelling
Modular Super Vertex Magic Total LabellingModular Super Vertex Magic Total Labelling
Modular Super Vertex Magic Total Labelling
 
Modular Multitask Reinforcement Learning with Policy Sketches
Modular Multitask Reinforcement Learning with Policy SketchesModular Multitask Reinforcement Learning with Policy Sketches
Modular Multitask Reinforcement Learning with Policy Sketches
 
Engineering Data Science Objectives for Social Network Analysis
Engineering Data Science Objectives for Social Network AnalysisEngineering Data Science Objectives for Social Network Analysis
Engineering Data Science Objectives for Social Network Analysis
 
A lattice-based consensus clustering
A lattice-based consensus clusteringA lattice-based consensus clustering
A lattice-based consensus clustering
 
A Generic Algebraic Model for the Analysis of Cryptographic Key Assignment Sc...
A Generic Algebraic Model for the Analysis of Cryptographic Key Assignment Sc...A Generic Algebraic Model for the Analysis of Cryptographic Key Assignment Sc...
A Generic Algebraic Model for the Analysis of Cryptographic Key Assignment Sc...
 
Unit 2
Unit 2Unit 2
Unit 2
 
Comparing human solving time with SAT-solving for Sudoku problems
Comparing human solving time with SAT-solving for Sudoku problemsComparing human solving time with SAT-solving for Sudoku problems
Comparing human solving time with SAT-solving for Sudoku problems
 
Introduction to Interpretable Machine Learning
Introduction to Interpretable Machine LearningIntroduction to Interpretable Machine Learning
Introduction to Interpretable Machine Learning
 
Fuzzy Logic
Fuzzy LogicFuzzy Logic
Fuzzy Logic
 
Science in text mining
Science in text miningScience in text mining
Science in text mining
 
Handling missing data with expectation maximization algorithm
Handling missing data with expectation maximization algorithmHandling missing data with expectation maximization algorithm
Handling missing data with expectation maximization algorithm
 
(研究会輪読) Weight Uncertainty in Neural Networks
(研究会輪読) Weight Uncertainty in Neural Networks(研究会輪読) Weight Uncertainty in Neural Networks
(研究会輪読) Weight Uncertainty in Neural Networks
 
In insight into QAC2(1) : Dynkin diagrams and properties of roots
In insight into QAC2(1) : Dynkin diagrams and properties of rootsIn insight into QAC2(1) : Dynkin diagrams and properties of roots
In insight into QAC2(1) : Dynkin diagrams and properties of roots
 
Show observe and tell giang nguyen
Show observe and tell   giang nguyenShow observe and tell   giang nguyen
Show observe and tell giang nguyen
 
The Predictron: End-to-end Learning and Planning
The Predictron: End-to-end Learning and PlanningThe Predictron: End-to-end Learning and Planning
The Predictron: End-to-end Learning and Planning
 
Lec 11 general greedy and fractional
Lec 11 general greedy and fractionalLec 11 general greedy and fractional
Lec 11 general greedy and fractional
 

Similaire à Limits of Local Algorithms for Randomly Generated Constraint Satisfaction Problems

Thesis_NickyGrant_2013
Thesis_NickyGrant_2013Thesis_NickyGrant_2013
Thesis_NickyGrant_2013
Nicky Grant
 
An_Accelerated_Nearest_Neighbor_Search_Method_for_the_K-Means_Clustering_Algo...
An_Accelerated_Nearest_Neighbor_Search_Method_for_the_K-Means_Clustering_Algo...An_Accelerated_Nearest_Neighbor_Search_Method_for_the_K-Means_Clustering_Algo...
An_Accelerated_Nearest_Neighbor_Search_Method_for_the_K-Means_Clustering_Algo...
Adam Fausett
 

Similaire à Limits of Local Algorithms for Randomly Generated Constraint Satisfaction Problems (20)

2 gamarnik
2 gamarnik2 gamarnik
2 gamarnik
 
Common Fixed Point Theorem in Menger Space through weak Compatibility
Common Fixed Point Theorem in Menger Space through weak CompatibilityCommon Fixed Point Theorem in Menger Space through weak Compatibility
Common Fixed Point Theorem in Menger Space through weak Compatibility
 
Nonequilibrium Network Dynamics_Inference, Fluctuation-Respones & Tipping Poi...
Nonequilibrium Network Dynamics_Inference, Fluctuation-Respones & Tipping Poi...Nonequilibrium Network Dynamics_Inference, Fluctuation-Respones & Tipping Poi...
Nonequilibrium Network Dynamics_Inference, Fluctuation-Respones & Tipping Poi...
 
Networks in Space: Granular Force Networks and Beyond
Networks in Space: Granular Force Networks and BeyondNetworks in Space: Granular Force Networks and Beyond
Networks in Space: Granular Force Networks and Beyond
 
Continutiy of Functions.ppt
Continutiy of Functions.pptContinutiy of Functions.ppt
Continutiy of Functions.ppt
 
Markov Blanket Causal Discovery Using Minimum Message Length
Markov Blanket Causal  Discovery Using Minimum  Message LengthMarkov Blanket Causal  Discovery Using Minimum  Message Length
Markov Blanket Causal Discovery Using Minimum Message Length
 
nonlinear_rmt.pdf
nonlinear_rmt.pdfnonlinear_rmt.pdf
nonlinear_rmt.pdf
 
MetiTarski's menagerie of cooperating systems
MetiTarski's menagerie of cooperating systemsMetiTarski's menagerie of cooperating systems
MetiTarski's menagerie of cooperating systems
 
Fulltext
FulltextFulltext
Fulltext
 
3 article azojete vol 7 24 33
3 article azojete vol 7 24 333 article azojete vol 7 24 33
3 article azojete vol 7 24 33
 
CHN and Swap Heuristic to Solve the Maximum Independent Set Problem
CHN and Swap Heuristic to Solve the Maximum Independent Set ProblemCHN and Swap Heuristic to Solve the Maximum Independent Set Problem
CHN and Swap Heuristic to Solve the Maximum Independent Set Problem
 
Presentation v3.2
Presentation v3.2Presentation v3.2
Presentation v3.2
 
Presentation v3.2
Presentation v3.2Presentation v3.2
Presentation v3.2
 
QMC: Transition Workshop - Discussion of "Representative Points for Small and...
QMC: Transition Workshop - Discussion of "Representative Points for Small and...QMC: Transition Workshop - Discussion of "Representative Points for Small and...
QMC: Transition Workshop - Discussion of "Representative Points for Small and...
 
An approximate possibilistic
An approximate possibilisticAn approximate possibilistic
An approximate possibilistic
 
Thesis_NickyGrant_2013
Thesis_NickyGrant_2013Thesis_NickyGrant_2013
Thesis_NickyGrant_2013
 
08 Exponential Random Graph Models (2016)
08 Exponential Random Graph Models (2016)08 Exponential Random Graph Models (2016)
08 Exponential Random Graph Models (2016)
 
08 Exponential Random Graph Models (ERGM)
08 Exponential Random Graph Models (ERGM)08 Exponential Random Graph Models (ERGM)
08 Exponential Random Graph Models (ERGM)
 
Random Matrix Theory and Machine Learning - Part 1
Random Matrix Theory and Machine Learning - Part 1Random Matrix Theory and Machine Learning - Part 1
Random Matrix Theory and Machine Learning - Part 1
 
An_Accelerated_Nearest_Neighbor_Search_Method_for_the_K-Means_Clustering_Algo...
An_Accelerated_Nearest_Neighbor_Search_Method_for_the_K-Means_Clustering_Algo...An_Accelerated_Nearest_Neighbor_Search_Method_for_the_K-Means_Clustering_Algo...
An_Accelerated_Nearest_Neighbor_Search_Method_for_the_K-Means_Clustering_Algo...
 

Plus de Yandex

Как принять/организовать работу по поисковой оптимизации сайта, Сергей Царик,...
Как принять/организовать работу по поисковой оптимизации сайта, Сергей Царик,...Как принять/организовать работу по поисковой оптимизации сайта, Сергей Царик,...
Как принять/организовать работу по поисковой оптимизации сайта, Сергей Царик,...
Yandex
 
Структурированные данные, Юлия Тихоход, лекция в Школе вебмастеров Яндекса
Структурированные данные, Юлия Тихоход, лекция в Школе вебмастеров ЯндексаСтруктурированные данные, Юлия Тихоход, лекция в Школе вебмастеров Яндекса
Структурированные данные, Юлия Тихоход, лекция в Школе вебмастеров Яндекса
Yandex
 
Представление сайта в поиске, Сергей Лысенко, лекция в Школе вебмастеров Яндекса
Представление сайта в поиске, Сергей Лысенко, лекция в Школе вебмастеров ЯндексаПредставление сайта в поиске, Сергей Лысенко, лекция в Школе вебмастеров Яндекса
Представление сайта в поиске, Сергей Лысенко, лекция в Школе вебмастеров Яндекса
Yandex
 
Плохие методы продвижения сайта, Екатерины Гладких, лекция в Школе вебмастеро...
Плохие методы продвижения сайта, Екатерины Гладких, лекция в Школе вебмастеро...Плохие методы продвижения сайта, Екатерины Гладких, лекция в Школе вебмастеро...
Плохие методы продвижения сайта, Екатерины Гладких, лекция в Школе вебмастеро...
Yandex
 
Основные принципы ранжирования, Сергей Царик и Антон Роменский, лекция в Школ...
Основные принципы ранжирования, Сергей Царик и Антон Роменский, лекция в Школ...Основные принципы ранжирования, Сергей Царик и Антон Роменский, лекция в Школ...
Основные принципы ранжирования, Сергей Царик и Антон Роменский, лекция в Школ...
Yandex
 
Основные принципы индексирования сайта, Александр Смирнов, лекция в Школе веб...
Основные принципы индексирования сайта, Александр Смирнов, лекция в Школе веб...Основные принципы индексирования сайта, Александр Смирнов, лекция в Школе веб...
Основные принципы индексирования сайта, Александр Смирнов, лекция в Школе веб...
Yandex
 
Мобильное приложение: как и зачем, Александр Лукин, лекция в Школе вебмастеро...
Мобильное приложение: как и зачем, Александр Лукин, лекция в Школе вебмастеро...Мобильное приложение: как и зачем, Александр Лукин, лекция в Школе вебмастеро...
Мобильное приложение: как и зачем, Александр Лукин, лекция в Школе вебмастеро...
Yandex
 
Сайты на мобильных устройствах, Олег Ножичкин, лекция в Школе вебмастеров Янд...
Сайты на мобильных устройствах, Олег Ножичкин, лекция в Школе вебмастеров Янд...Сайты на мобильных устройствах, Олег Ножичкин, лекция в Школе вебмастеров Янд...
Сайты на мобильных устройствах, Олег Ножичкин, лекция в Школе вебмастеров Янд...
Yandex
 
Качественная аналитика сайта, Юрий Батиевский, лекция в Школе вебмастеров Янд...
Качественная аналитика сайта, Юрий Батиевский, лекция в Школе вебмастеров Янд...Качественная аналитика сайта, Юрий Батиевский, лекция в Школе вебмастеров Янд...
Качественная аналитика сайта, Юрий Батиевский, лекция в Школе вебмастеров Янд...
Yandex
 
Что можно и что нужно измерять на сайте, Петр Аброськин, лекция в Школе вебма...
Что можно и что нужно измерять на сайте, Петр Аброськин, лекция в Школе вебма...Что можно и что нужно измерять на сайте, Петр Аброськин, лекция в Школе вебма...
Что можно и что нужно измерять на сайте, Петр Аброськин, лекция в Школе вебма...
Yandex
 
Как правильно поставить ТЗ на создание сайта, Алексей Бородкин, лекция в Школ...
Как правильно поставить ТЗ на создание сайта, Алексей Бородкин, лекция в Школ...Как правильно поставить ТЗ на создание сайта, Алексей Бородкин, лекция в Школ...
Как правильно поставить ТЗ на создание сайта, Алексей Бородкин, лекция в Школ...
Yandex
 
Как защитить свой сайт, Пётр Волков, лекция в Школе вебмастеров
Как защитить свой сайт, Пётр Волков, лекция в Школе вебмастеровКак защитить свой сайт, Пётр Волков, лекция в Школе вебмастеров
Как защитить свой сайт, Пётр Волков, лекция в Школе вебмастеров
Yandex
 
Как правильно составить структуру сайта, Дмитрий Сатин, лекция в Школе вебмас...
Как правильно составить структуру сайта, Дмитрий Сатин, лекция в Школе вебмас...Как правильно составить структуру сайта, Дмитрий Сатин, лекция в Школе вебмас...
Как правильно составить структуру сайта, Дмитрий Сатин, лекция в Школе вебмас...
Yandex
 
Технические особенности создания сайта, Дмитрий Васильева, лекция в Школе веб...
Технические особенности создания сайта, Дмитрий Васильева, лекция в Школе веб...Технические особенности создания сайта, Дмитрий Васильева, лекция в Школе веб...
Технические особенности создания сайта, Дмитрий Васильева, лекция в Школе веб...
Yandex
 
Конструкторы для отдельных элементов сайта, Елена Першина, лекция в Школе веб...
Конструкторы для отдельных элементов сайта, Елена Першина, лекция в Школе веб...Конструкторы для отдельных элементов сайта, Елена Першина, лекция в Школе веб...
Конструкторы для отдельных элементов сайта, Елена Першина, лекция в Школе веб...
Yandex
 
Контент для интернет-магазинов, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмастеров ...
Контент для интернет-магазинов, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмастеров ...Контент для интернет-магазинов, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмастеров ...
Контент для интернет-магазинов, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмастеров ...
Yandex
 
Как написать хороший текст для сайта, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмас...
Как написать хороший текст для сайта, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмас...Как написать хороший текст для сайта, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмас...
Как написать хороший текст для сайта, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмас...
Yandex
 
Usability и дизайн - как не помешать пользователю, Алексей Иванов, лекция в Ш...
Usability и дизайн - как не помешать пользователю, Алексей Иванов, лекция в Ш...Usability и дизайн - как не помешать пользователю, Алексей Иванов, лекция в Ш...
Usability и дизайн - как не помешать пользователю, Алексей Иванов, лекция в Ш...
Yandex
 
Cайт. Зачем он и каким должен быть, Алексей Иванов, лекция в Школе вебмастеро...
Cайт. Зачем он и каким должен быть, Алексей Иванов, лекция в Школе вебмастеро...Cайт. Зачем он и каким должен быть, Алексей Иванов, лекция в Школе вебмастеро...
Cайт. Зачем он и каким должен быть, Алексей Иванов, лекция в Школе вебмастеро...
Yandex
 

Plus de Yandex (20)

Предсказание оттока игроков из World of Tanks
Предсказание оттока игроков из World of TanksПредсказание оттока игроков из World of Tanks
Предсказание оттока игроков из World of Tanks
 
Как принять/организовать работу по поисковой оптимизации сайта, Сергей Царик,...
Как принять/организовать работу по поисковой оптимизации сайта, Сергей Царик,...Как принять/организовать работу по поисковой оптимизации сайта, Сергей Царик,...
Как принять/организовать работу по поисковой оптимизации сайта, Сергей Царик,...
 
Структурированные данные, Юлия Тихоход, лекция в Школе вебмастеров Яндекса
Структурированные данные, Юлия Тихоход, лекция в Школе вебмастеров ЯндексаСтруктурированные данные, Юлия Тихоход, лекция в Школе вебмастеров Яндекса
Структурированные данные, Юлия Тихоход, лекция в Школе вебмастеров Яндекса
 
Представление сайта в поиске, Сергей Лысенко, лекция в Школе вебмастеров Яндекса
Представление сайта в поиске, Сергей Лысенко, лекция в Школе вебмастеров ЯндексаПредставление сайта в поиске, Сергей Лысенко, лекция в Школе вебмастеров Яндекса
Представление сайта в поиске, Сергей Лысенко, лекция в Школе вебмастеров Яндекса
 
Плохие методы продвижения сайта, Екатерины Гладких, лекция в Школе вебмастеро...
Плохие методы продвижения сайта, Екатерины Гладких, лекция в Школе вебмастеро...Плохие методы продвижения сайта, Екатерины Гладких, лекция в Школе вебмастеро...
Плохие методы продвижения сайта, Екатерины Гладких, лекция в Школе вебмастеро...
 
Основные принципы ранжирования, Сергей Царик и Антон Роменский, лекция в Школ...
Основные принципы ранжирования, Сергей Царик и Антон Роменский, лекция в Школ...Основные принципы ранжирования, Сергей Царик и Антон Роменский, лекция в Школ...
Основные принципы ранжирования, Сергей Царик и Антон Роменский, лекция в Школ...
 
Основные принципы индексирования сайта, Александр Смирнов, лекция в Школе веб...
Основные принципы индексирования сайта, Александр Смирнов, лекция в Школе веб...Основные принципы индексирования сайта, Александр Смирнов, лекция в Школе веб...
Основные принципы индексирования сайта, Александр Смирнов, лекция в Школе веб...
 
Мобильное приложение: как и зачем, Александр Лукин, лекция в Школе вебмастеро...
Мобильное приложение: как и зачем, Александр Лукин, лекция в Школе вебмастеро...Мобильное приложение: как и зачем, Александр Лукин, лекция в Школе вебмастеро...
Мобильное приложение: как и зачем, Александр Лукин, лекция в Школе вебмастеро...
 
Сайты на мобильных устройствах, Олег Ножичкин, лекция в Школе вебмастеров Янд...
Сайты на мобильных устройствах, Олег Ножичкин, лекция в Школе вебмастеров Янд...Сайты на мобильных устройствах, Олег Ножичкин, лекция в Школе вебмастеров Янд...
Сайты на мобильных устройствах, Олег Ножичкин, лекция в Школе вебмастеров Янд...
 
Качественная аналитика сайта, Юрий Батиевский, лекция в Школе вебмастеров Янд...
Качественная аналитика сайта, Юрий Батиевский, лекция в Школе вебмастеров Янд...Качественная аналитика сайта, Юрий Батиевский, лекция в Школе вебмастеров Янд...
Качественная аналитика сайта, Юрий Батиевский, лекция в Школе вебмастеров Янд...
 
Что можно и что нужно измерять на сайте, Петр Аброськин, лекция в Школе вебма...
Что можно и что нужно измерять на сайте, Петр Аброськин, лекция в Школе вебма...Что можно и что нужно измерять на сайте, Петр Аброськин, лекция в Школе вебма...
Что можно и что нужно измерять на сайте, Петр Аброськин, лекция в Школе вебма...
 
Как правильно поставить ТЗ на создание сайта, Алексей Бородкин, лекция в Школ...
Как правильно поставить ТЗ на создание сайта, Алексей Бородкин, лекция в Школ...Как правильно поставить ТЗ на создание сайта, Алексей Бородкин, лекция в Школ...
Как правильно поставить ТЗ на создание сайта, Алексей Бородкин, лекция в Школ...
 
Как защитить свой сайт, Пётр Волков, лекция в Школе вебмастеров
Как защитить свой сайт, Пётр Волков, лекция в Школе вебмастеровКак защитить свой сайт, Пётр Волков, лекция в Школе вебмастеров
Как защитить свой сайт, Пётр Волков, лекция в Школе вебмастеров
 
Как правильно составить структуру сайта, Дмитрий Сатин, лекция в Школе вебмас...
Как правильно составить структуру сайта, Дмитрий Сатин, лекция в Школе вебмас...Как правильно составить структуру сайта, Дмитрий Сатин, лекция в Школе вебмас...
Как правильно составить структуру сайта, Дмитрий Сатин, лекция в Школе вебмас...
 
Технические особенности создания сайта, Дмитрий Васильева, лекция в Школе веб...
Технические особенности создания сайта, Дмитрий Васильева, лекция в Школе веб...Технические особенности создания сайта, Дмитрий Васильева, лекция в Школе веб...
Технические особенности создания сайта, Дмитрий Васильева, лекция в Школе веб...
 
Конструкторы для отдельных элементов сайта, Елена Першина, лекция в Школе веб...
Конструкторы для отдельных элементов сайта, Елена Першина, лекция в Школе веб...Конструкторы для отдельных элементов сайта, Елена Першина, лекция в Школе веб...
Конструкторы для отдельных элементов сайта, Елена Першина, лекция в Школе веб...
 
Контент для интернет-магазинов, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмастеров ...
Контент для интернет-магазинов, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмастеров ...Контент для интернет-магазинов, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмастеров ...
Контент для интернет-магазинов, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмастеров ...
 
Как написать хороший текст для сайта, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмас...
Как написать хороший текст для сайта, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмас...Как написать хороший текст для сайта, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмас...
Как написать хороший текст для сайта, Катерина Ерошина, лекция в Школе вебмас...
 
Usability и дизайн - как не помешать пользователю, Алексей Иванов, лекция в Ш...
Usability и дизайн - как не помешать пользователю, Алексей Иванов, лекция в Ш...Usability и дизайн - как не помешать пользователю, Алексей Иванов, лекция в Ш...
Usability и дизайн - как не помешать пользователю, Алексей Иванов, лекция в Ш...
 
Cайт. Зачем он и каким должен быть, Алексей Иванов, лекция в Школе вебмастеро...
Cайт. Зачем он и каким должен быть, Алексей Иванов, лекция в Школе вебмастеро...Cайт. Зачем он и каким должен быть, Алексей Иванов, лекция в Школе вебмастеро...
Cайт. Зачем он и каким должен быть, Алексей Иванов, лекция в Школе вебмастеро...
 

Dernier

Formation of low mass protostars and their circumstellar disks
Formation of low mass protostars and their circumstellar disksFormation of low mass protostars and their circumstellar disks
Formation of low mass protostars and their circumstellar disks
Sérgio Sacani
 
Discovery of an Accretion Streamer and a Slow Wide-angle Outflow around FUOri...
Discovery of an Accretion Streamer and a Slow Wide-angle Outflow around FUOri...Discovery of an Accretion Streamer and a Slow Wide-angle Outflow around FUOri...
Discovery of an Accretion Streamer and a Slow Wide-angle Outflow around FUOri...
Sérgio Sacani
 
Seismic Method Estimate velocity from seismic data.pptx
Seismic Method Estimate velocity from seismic  data.pptxSeismic Method Estimate velocity from seismic  data.pptx
Seismic Method Estimate velocity from seismic data.pptx
AlMamun560346
 
Disentangling the origin of chemical differences using GHOST
Disentangling the origin of chemical differences using GHOSTDisentangling the origin of chemical differences using GHOST
Disentangling the origin of chemical differences using GHOST
Sérgio Sacani
 
Presentation Vikram Lander by Vedansh Gupta.pptx
Presentation Vikram Lander by Vedansh Gupta.pptxPresentation Vikram Lander by Vedansh Gupta.pptx
Presentation Vikram Lander by Vedansh Gupta.pptx
gindu3009
 
Asymmetry in the atmosphere of the ultra-hot Jupiter WASP-76 b
Asymmetry in the atmosphere of the ultra-hot Jupiter WASP-76 bAsymmetry in the atmosphere of the ultra-hot Jupiter WASP-76 b
Asymmetry in the atmosphere of the ultra-hot Jupiter WASP-76 b
Sérgio Sacani
 
Pests of mustard_Identification_Management_Dr.UPR.pdf
Pests of mustard_Identification_Management_Dr.UPR.pdfPests of mustard_Identification_Management_Dr.UPR.pdf
Pests of mustard_Identification_Management_Dr.UPR.pdf
PirithiRaju
 
Hubble Asteroid Hunter III. Physical properties of newly found asteroids
Hubble Asteroid Hunter III. Physical properties of newly found asteroidsHubble Asteroid Hunter III. Physical properties of newly found asteroids
Hubble Asteroid Hunter III. Physical properties of newly found asteroids
Sérgio Sacani
 

Dernier (20)

High Class Escorts in Hyderabad ₹7.5k Pick Up & Drop With Cash Payment 969456...
High Class Escorts in Hyderabad ₹7.5k Pick Up & Drop With Cash Payment 969456...High Class Escorts in Hyderabad ₹7.5k Pick Up & Drop With Cash Payment 969456...
High Class Escorts in Hyderabad ₹7.5k Pick Up & Drop With Cash Payment 969456...
 
Formation of low mass protostars and their circumstellar disks
Formation of low mass protostars and their circumstellar disksFormation of low mass protostars and their circumstellar disks
Formation of low mass protostars and their circumstellar disks
 
TEST BANK For Radiologic Science for Technologists, 12th Edition by Stewart C...
TEST BANK For Radiologic Science for Technologists, 12th Edition by Stewart C...TEST BANK For Radiologic Science for Technologists, 12th Edition by Stewart C...
TEST BANK For Radiologic Science for Technologists, 12th Edition by Stewart C...
 
Discovery of an Accretion Streamer and a Slow Wide-angle Outflow around FUOri...
Discovery of an Accretion Streamer and a Slow Wide-angle Outflow around FUOri...Discovery of an Accretion Streamer and a Slow Wide-angle Outflow around FUOri...
Discovery of an Accretion Streamer and a Slow Wide-angle Outflow around FUOri...
 
Seismic Method Estimate velocity from seismic data.pptx
Seismic Method Estimate velocity from seismic  data.pptxSeismic Method Estimate velocity from seismic  data.pptx
Seismic Method Estimate velocity from seismic data.pptx
 
Disentangling the origin of chemical differences using GHOST
Disentangling the origin of chemical differences using GHOSTDisentangling the origin of chemical differences using GHOST
Disentangling the origin of chemical differences using GHOST
 
Presentation Vikram Lander by Vedansh Gupta.pptx
Presentation Vikram Lander by Vedansh Gupta.pptxPresentation Vikram Lander by Vedansh Gupta.pptx
Presentation Vikram Lander by Vedansh Gupta.pptx
 
Stunning ➥8448380779▻ Call Girls In Panchshil Enclave Delhi NCR
Stunning ➥8448380779▻ Call Girls In Panchshil Enclave Delhi NCRStunning ➥8448380779▻ Call Girls In Panchshil Enclave Delhi NCR
Stunning ➥8448380779▻ Call Girls In Panchshil Enclave Delhi NCR
 
Biological Classification BioHack (3).pdf
Biological Classification BioHack (3).pdfBiological Classification BioHack (3).pdf
Biological Classification BioHack (3).pdf
 
Botany krishna series 2nd semester Only Mcq type questions
Botany krishna series 2nd semester Only Mcq type questionsBotany krishna series 2nd semester Only Mcq type questions
Botany krishna series 2nd semester Only Mcq type questions
 
Asymmetry in the atmosphere of the ultra-hot Jupiter WASP-76 b
Asymmetry in the atmosphere of the ultra-hot Jupiter WASP-76 bAsymmetry in the atmosphere of the ultra-hot Jupiter WASP-76 b
Asymmetry in the atmosphere of the ultra-hot Jupiter WASP-76 b
 
Pests of mustard_Identification_Management_Dr.UPR.pdf
Pests of mustard_Identification_Management_Dr.UPR.pdfPests of mustard_Identification_Management_Dr.UPR.pdf
Pests of mustard_Identification_Management_Dr.UPR.pdf
 
Recombinant DNA technology (Immunological screening)
Recombinant DNA technology (Immunological screening)Recombinant DNA technology (Immunological screening)
Recombinant DNA technology (Immunological screening)
 
Pulmonary drug delivery system M.pharm -2nd sem P'ceutics
Pulmonary drug delivery system M.pharm -2nd sem P'ceuticsPulmonary drug delivery system M.pharm -2nd sem P'ceutics
Pulmonary drug delivery system M.pharm -2nd sem P'ceutics
 
Hubble Asteroid Hunter III. Physical properties of newly found asteroids
Hubble Asteroid Hunter III. Physical properties of newly found asteroidsHubble Asteroid Hunter III. Physical properties of newly found asteroids
Hubble Asteroid Hunter III. Physical properties of newly found asteroids
 
Forensic Biology & Its biological significance.pdf
Forensic Biology & Its biological significance.pdfForensic Biology & Its biological significance.pdf
Forensic Biology & Its biological significance.pdf
 
PossibleEoarcheanRecordsoftheGeomagneticFieldPreservedintheIsuaSupracrustalBe...
PossibleEoarcheanRecordsoftheGeomagneticFieldPreservedintheIsuaSupracrustalBe...PossibleEoarcheanRecordsoftheGeomagneticFieldPreservedintheIsuaSupracrustalBe...
PossibleEoarcheanRecordsoftheGeomagneticFieldPreservedintheIsuaSupracrustalBe...
 
COST ESTIMATION FOR A RESEARCH PROJECT.pptx
COST ESTIMATION FOR A RESEARCH PROJECT.pptxCOST ESTIMATION FOR A RESEARCH PROJECT.pptx
COST ESTIMATION FOR A RESEARCH PROJECT.pptx
 
Green chemistry and Sustainable development.pptx
Green chemistry  and Sustainable development.pptxGreen chemistry  and Sustainable development.pptx
Green chemistry and Sustainable development.pptx
 
CELL -Structural and Functional unit of life.pdf
CELL -Structural and Functional unit of life.pdfCELL -Structural and Functional unit of life.pdf
CELL -Structural and Functional unit of life.pdf
 

Limits of Local Algorithms for Randomly Generated Constraint Satisfaction Problems

  • 1. Limits of local algorithms for random graphsLimits of local algorithms for random graphs David Gamarnik Joint work with Madhu Sudan (Microsoft Research, New England) Yandex workshop on extremal combinatorics June 24, 2014
  • 3. Computer Science. Applications: hardware, fault-tolerant models of computation, sensor networks. Lynch (book) [1996] Nguyen & Onak [2008] Rubinfeld, Tamir, Vardi, Xie [2011] Suomela (survey) [2011] Wireless communications Applications: communication protocols with low overhead Shah [2008] Shin & Shah [2012] Who is interested in local algorithms?
  • 4. Network Science. Economic team modeling Applications: models of social interaction, structure of social networks Rusmevichientong, Van Roy [2003] Judd, Kearns & Vorobeychik [2010] Borgs, Brautbar, Chayes, Khanna & Lucier [2012] Signal Processing. Machine learning. Applications: image processing, coding theory, wireless communication, gossip algorithms. Wainwright & Jordan [2008], Mezard & Montanari [2009], Shah [2008] Shin & Shah [2012] Physics. Applications: Spin glass theory Mezard & Montanari [2009] Who is interested in local algorithms?
  • 5. Mathematics/Combinatorics. Applications: graph limits. Lovasz (book) [2012] Hatami, Lovasz & Szegedy [2012] Elek & Lippner [2010] Lyons & Nazarov [2011] Czoka & Lippner [2012] Aldous [2012]. Who is interested in local algorithms?
  • 6. Random n-node d-regular graph I. Local algorithms for random graphs : i.i.d. factors locally regular tree like
  • 7. Local algorithms: i.i.d. factors Hatami-Lovasz-Szegedy [2012] framework Generate i.i.d. U[0,1] weights Apply some local rule f: decorated tree ! {0,1} for every node f 0 or 1
  • 8. Conjecture. Hatami, Lovasz & Szegedy [2012] There exists a local rule f which produces a nearly largest independent set in a random d-regular graph Example. f =1 iff the weight of the node is larger than the weights of all of its neighbors IN OUT far from optimal ! Local algorithms: i.i.d. factors
  • 9. Algorithms for independent sets in random graphs Frieze & Luczak [1992] Best known algorithm: Greedy Hatami-Lovasz-Szegedy Conjecture: there exists f such that
  • 10. Theorem. [G & Sudan ] Hatami-Lovasz-Szegedy conjecture is not valid: No local rule f can produce an independent set larger than factor of the optimal, for large enough d. Theorem. [Rahman & Virag 2014] No local rule f can produce an independent set larger than factor of the optimal, for large enough d. Notes: 1. Rahman & Virag’s result is the best possible: factor ½ can be achieved by local algorithms, Lauer & Wormald [2007], G & Goldberg [2010] 2. Proof technique. Spin Glass theory: geometry of large independent sets Main result
  • 11. Geometry of solutions: clustering phenomena Coja-Oghlan & Efthymiou [2010], G & Sudan [2012] Every two ‘’large’’ independent sets either have a very ‘’small’’ or a very ‘’large’’ intersection:
  • 12. Geometry of solutions: clustering phenomena Coja-Oghlan & Efthymiou [2010], G & Sudan [2012] Every two ‘’large’’ independent sets either have a very ‘’small’’ or a very ‘’large’’ intersection:
  • 13. Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists ? (a) Generate two i.i.d. sequences
  • 14. Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists (b) Interpolate between the two sequences
  • 15. Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists (b) Interpolate between the two sequences
  • 16. Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists (b) Interpolate between the two sequences
  • 17. Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists (b) Interpolate between the two sequences
  • 18. Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists (b) Interpolate between the two sequences
  • 19. Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists (b) Interpolate between the two sequences
  • 20. Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists (b) Interpolate between the two sequences
  • 21. Proof sketch: argue by contradiction. Suppose rule f exists (b) Interpolate between the two sequences Intersection size belongs to the ‘’non-existent interval’’
  • 22. Theory is great not when it is correct but when it is interesting… Murray Davis, 1 97 1
  • 23. II. Sequential local algorithms for random NAE- K-SAT problem Not-All-Equal-K-Satisfiability formula on n boolean variables and m clauses. Each clause contains K (i.e. K=3) Assignment is satisfiable if every clause is satisfied by at least one variable, and is not satisfied by at least some other variable Formula is satisfiable if there exists at least one satisfying assignment. NP-Complete.
  • 24. Sequential local algorithms for random NAE-K-SAT problem Random NAE-K-SAT problem Generate m clauses independently uniformly at random from the space of all possible clauses (with replacement). d=m/n – clause density. Theorem. [Coja-Oglan and Panagiotou 2014] The threshold for probability that the formula is satisfiable Best algorithm Unit Clause succeeds only when Achlioptas et al. 2001 K gap!
  • 25. Sequential local algorithms for the random NAE-K-SAT problem Sequential r-local algorithms 1.Fix a “local rule” which maps formula © with variable x to probability value. 2.For i=1,2,…,n apply rule ¿ to variables xi and depth r sub-formulas ©i rooted at xi : fix xi to be 1 with probability ¿(©i, xi), and 0 with probability 1- ¿(©i, xi) Notes: Belief Propagation (BP) guided decimation and Survey Propagation (SP) guided decimation algorithms are sequential local algorithms when the number of iterations is bounded by a constant independent of the number of variables Unit Clause algorithm is a sequential local algorithm
  • 26. Belief Propagation and Survey Propagation algorithms – message passing type algorithms proposed by statistical physicists. Work remarkably well for low values of K (K=3,4,5). Mezard, Parisi & Zecchina [2003] Krzakala, Montanari, Ricci-Tersenghi, Semerjian, Zdeborova [2007] Mezard & Montanari (book) [2009]
  • 27. Theorem. G & Sudan [2013] Every sequential local algorithm fails to find a satisfying assignment when simple algorithm (Unit Clause) exist no sequential local algorithms exist no solutions exist Sequential local algorithms cannot bridge the 1/K gap
  • 28. Proof Technique (a) Clustering property for random NAE-K-SAT (b) Interpolation between m randomly generated solutions (c) Decisions for variables are localized UNSAT
  • 29. Proof Technique (a) Clustering property for random NAE-K-SAT Theorem. Let With probability approaching unity as n increases, there does not exist m satisfying assignments such that all pairwise Hamming distances are Proof: first moment method.
  • 30. Some further thoughts • The approach should apply to other problems with “symmetry”, for example coloring of graphs. But applying the approach to random K-SAT is problematic. • In practice Survey Propagation algorithm is run for many iterations. Challenge: establish similar result when there is no bound on the number of iterations. Coja-Oghlan [2010] – true for Belief Propagation for K-SAT. • Establish limits for the performance of local algorithms for random constraint satisfaction problems using the most general (Computer Science) definition of local algorithms.
  • 31. Mick can’t get satisfaction above (from Sequential Local Algorithms) Chvatal & Reed [1998] ’’Mick gets some (the odds are on his side) [satisfiability]’’ Parting thoughts …