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Combinatorially and Algebraically Decomposing Search spaces: Better Worst-case Bounds for Hard Search Tasks

Descrizione del progetto

Efficienza del compito di ricerca attraverso la decomposizione

Molti compiti computazionali rappresentano una sfida: le loro soluzioni sono facili da verificare, ma trovare quelle soluzioni da zero è spesso un compito scoraggiante. Un approccio per affrontare questa difficoltà è la decomposizione dello spazio di ricerca, che suddivide il problema in sotto-problemi più piccoli che possono essere risolti più rapidamente. Sebbene questo metodo sia ampiamente utilizzato, rimane poco esplorato, soprattutto per quanto riguarda lo sviluppo di una teoria completa che ne ottimizzi l’efficienza. In quest’ottica, il progetto COALESCE, finanziato dal CER, intende colmare questa lacuna combinando due campi consolidati (le decomposizioni combinatorie dello spazio di ricerca e le decomposizioni algebriche) per creare una teoria unificata. Questa teoria svilupperà modi per risolvere compiti di ricerca complessi, spingendo i confini dell’efficienza computazionale nel processo.

Obiettivo

Search tasks are computational tasks with a curious property: while their solutions are easily verifiable when given, finding those solutions from scratch appears much more arduous. A central algorithmic paradigm to solve such tasks is that of search space decomposition. This paradigm solves a search task by breaking it up in subtasks such that a solution to the original problem can be quickly recovered from solutions of the subtasks. Despite its basic nature and its ubiquitous use, it still holds many mysteries.

The mission of COALESCE is to develop a broad theory to design and analyze search space decompositions to solve fundamental search tasks as fast as possible in the standard model of worst-case analysis. Strikingly, such a theory has not been developed yet. Our theory will be a coalescence of two established theories:

- Combinatorial search space decompositions have been studied for graph problems in the area of width parameters, but only focus on decomposing the input and not the search space.

- Algebraic decompositions such as factorizations of matrices and tensors that are of low rank or sparse, have been studied in the area of algebraic complexity, but only for very few problems and not in combination with search space decompositions.

In this proposal, I identify concrete research problems from Parameterized and Fine-Grained Complexity (two prominent subfields of Theoretical Computer Science) that serve as stepping stones towards a model for search space decompositions beyond input decompositions, as well as a theory to analyse their algorithmic power based on combinatorial and algebraic decompositions.


Now is the right moment for this project: the joint power of combinatorial and algebraic decompositions is still barely understood and not yet fully exploited. COALESCE will combine these (and many more) tools in novel ways that transcend existing approaches, and bring a rich theory on the search space decomposition methods entirely within reach.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

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Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2024-COG

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Istituzione ospitante

UNIVERSITEIT UTRECHT
Contributo netto dell'UE
€ 1 877 500,00
Costo totale
€ 1 877 500,00

Beneficiari (1)