Lecture 14 - 2025 / 4 / 7

Giant Component (1)

Theorem: 对于 G∈Gn,pG \in \mathcal G_{n, p},其中 p=cnp = \dfrac c n,c<1c < 1 是一个常数,则 a.a.s. GG 的最大的连通分支大小是 O(log⁡n)O(\log n) 的。

对于一个结点 vv,通过 BFS 找出 vv 所在的连通块大小的过程,可以看作从 vv 开始的一个 branching process。

从而“vv 在一个大小为 kk 的连通块”即“branching process 可以展出 kk 个结点”的概率。注意这里每次针对一个结点展开,而不是针对一层展开。

我们将上述每一步展开放缩为 B(n,p)\mathcal B(n, p),这给出了一个上界。进而上述概率不低于“kk 次采样 B(n,p)\mathcal B(n, p) 之和不低于 k−1k-1 的概率”。

1+B(n,p)+⋯+B(n,p)≥k1+ \mathcal B(n, p) + \cdots + \mathcal B(n, p) \ge k

我们基于这一点给出一个 upper bound。

设 Xi∼B(n,c/n)X_i \sim \mathcal B(n, c/n) i.i.d i=1,2,⋯ ,ki = 1, 2, \cdots, k,则
Pr⁡[∑i=1kXi≥(k−1)]=Pr⁡[∑i=1kXi≥ck+(1−c)k−1]\begin{aligned} \Pr\left[ \sum_{i=1}^{k} X_i \ge (k - 1) \right] & = \Pr \left[ \sum_{i=1}^{k} X_i \ge ck + (1-c)k - 1 \right] \end{aligned}

注意 μ=ck,β=(1−c)k−1ck=Θ(1)\mu = ck, \beta = \dfrac{(1-c)k - 1}{ck} = \Theta(1),根据 Chernoff bound
Pr⁡[∑i=1kXi≥(k−1)]≤exp⁡(−((1−c)k−1)2c2k2(2+((1−c)k−1)/ck)ck)=exp⁡(−((1−c)k−1)2((c+1)k−1))=exp⁡(−(1−c)2c+1k+O(1))\begin{aligned} \Pr\left[ \sum_{i=1}^{k} X_i \ge (k - 1) \right] & \le \exp\left(- \frac{((1-c)k-1)^2}{c^2k^2 (2 + ((1-c)k-1)/ck)}ck \right)\\ & = \exp\left(- \frac{((1-c)k-1)^2}{((c+1)k - 1)} \right)\\ & = \exp \left( -\frac{(1-c)^2}{c+1}k + O(1) \right)\\ \end{aligned}

从而取 k=2⋅(1+c)(1−c)2ln⁡nk = 2\cdot\dfrac{(1+c)}{(1-c)^2}\ln n,则有上述概率 ≤O(n−2)\le O(n^{-2})。对所有 nn 个初始的 vv union bound,得到原命题 w.p. 1−O(n−1)1 - O(n^{-1}) 成立。