【科研点子】按图构造的LP分析

本文继续解决【科研点子】Online Bipartite Matching with Reusable Resources中的两个Open Problem | Home of Mr. 5中遇到的问题,并提出一种可能的LP分析模式。


考虑任意一条边(编号为的右点在时刻到来),我们暂时地在经典的Primal-dual框架下来分析它:

reusable

图1 OBMRR问题的经典LP形式

考虑DJK13里的两个引理。

Dominance Lemma:仍然成立。我们用上述模型下的语言重述一遍Dominance Lemma。

引理 1:

不变,当时,会在这段时间内被匹配。

Monotonicity Lemma:不成立。反例如下:

,有这六条边。考虑,当把号左点删去后,显然整张图的匹配就是,则。注意,不在匹配中是因为此时号左点还没休息好。然而,当把号左点加回来并假设时,整张图的匹配变成了号右点不仅没有变得更好,反而失去了匹配。

这个反例的要点在于,点在回归后,不仅在这段时间内产生了匹配,还在上一个区间产生了匹配,导致了其他点在进入时的状态(状态包括休息与否,休息还有多久结束)发生了改变。

事实上,可以证明:

引理 2:

对于任意边,当且不存在匹配,其中时,

也就是说,如果回归后没有在更早的周期内发生匹配,那仍然是被Monotonicity Lemma保障的。反之,就有出现反例的可能!

还可以证明:

引理 3:

对于任意边,若存在,使得时不存在匹配,其中,则对于任意,都不存在,其中

表述的有点绕,其实意思就是,如果在等于某个值的时候Monotonicity Lemma是成立的,那么在比这个值更大的时候也还是成立。我们可以取(懂意思就好),在后面的证明里,这个值的作用和的作用同等重要。

结合引理2和引理3,我们有:

引理4:

时,Dominance Lemma和Monotonicity Lemma都成立;

时,仅Dominance Lemma必然成立。

换句话说,在经典情形里,对于一条边:

在我们的情形里,则只能做到:

为了解决的问题,我们尝试寻找有利于分析的其他条件。

注意到,尽管的出现可能捣乱,但是反过来讲,本身是一个确定存在的匹配。也就是说,在时,我不仅知道在本周期匹配了一条边(而且这条边不是),我还能确定在之前的某个周期还至少匹配了一条边。这应当是一件好事,问题是怎么利用它。

我们的梦想是,把对应的那个约束条件删掉,替换为

简单来讲就是让来帮帮它,毕竟差掉的那一段刚好有。

但帮助显然是有代价的。为了写起来更清晰,我们把正在考察的边记为时该周期内左点的匹配为,本周期前左点的最早的匹配记为。把上述dual条件转换回Primal,会发现,primal条件

(记为condition a)

变成了

注意到,这是对Primal的一个restriction!而且可以举出例子证明,该restriction是严格的。哪怕有上面的一堆组合性质也还是严格的restriction。那就完蛋了,不能用。

解决办法是,把也同时带上,让condition a变成:

注意到,该条件可以由下述两个原先的条件推出:

因此是一个relaxation。

这一替换会改变dual中关于两条边的condition,具体来说变成了:

前者正是我们需要的(后者作为赠品也ok)。

假设LP的具体形式由一个算法产生,记为

要做的,就是对于给定的图,构造出对应的适合分析的LP形式。构造方法就是,先采用图1中的经典LP形式,然后把所有可能的都取一遍,检查每条边在under 时产生了哪些condition替换需求,整合起来全部满足即可。

注意到,每一个condition替换请求都只会造成dual中的condition越来越好满足(即前面加上越来越多的)。而对于primal则是relaxation。PrimalDual两侧都没有问题。

这事实上意味着,对于primal的那些relaxation一定是非strict的(否则会造成更大的optimal,从而dual的condition应该越来越难满足才对)。对这一事实的直觉来源于先前得到的组合性质。


以上想法的正确性有待评判。

从发现的问题开始日思夜想,前后想了十几种挽救的办法,全都报废了:(

希望这个是对的,或者至少有点启发意义吧啊啊啊