Środowisko wykonawcze ogranicza się do algorytmów NP całkowitych problemów przy założeniu P ≠ NP


13

Załóżmy, że .P≠NP

Co możemy powiedzieć o granicach czasu działania wszystkich problemów związanych z NP-zupełnością?

tj. jakie są najostrzejsze funkcje dla których możemy zagwarantować, że optymalny algorytm dla dowolnego problemu z NP zakończony będzie w czasie co najmniej i co najwyżej na wejściu o długości ? ω ( L ( n ) ) o ( U ( n ) ) nL,U:N→Nω(L(n))o(U(n))n

Oczywiście . Również .U ( n ) = O ( 2 n ω ( 1 ) )∀c:L(n)=Ω(nc)U(n)=O(2nω(1))

Bez założenia , lub jakiegokolwiek innego założenia, które nie jest implikowane przez , czy możemy dać lepsze granice dla ?E T H P ≠ N P L , UQP≠NPETHP≠NPL,U

EDYTOWAĆ:

Zauważ, że co najmniej jeden z musi być daleki od granic, które tu podałem, ponieważ będąc problemami NPC, problemy te mają między sobą redukcję czasu poli, co oznacza, że ​​jeśli jakiś problem NPC ma optymalny algorytm czasu , wówczas wszystkie problemy mają algorytm (optymalny lub nie) środowiska wykonawczego .f ( n ) O ( f ( n O ( 1 ) ) )L,Uf(n)O(f(nO(1)))


jeśli P NP możemy powiedzieć, że granice środowiska wykonawczego są większe niż jakikolwiek wielomian .... afaik nie, lepsze granice nie są znane ... dużo notacji nie mówi, że ... istnieją superpolinomia-ale- funkcje podwykładnicze np.2 log n≠2log⁡n
— od

Po pierwsze, jest po prostu liniowy, więc myślę, że masz na myśli który jest znany jako klasa . W pełni zdaję sobie sprawę, że nie oznacza, że ​​żadna funkcja NP-complete będzie działała w czasie wykładniczym, ale nie o to pytam. Na przykład, zakładając , czy jest możliwe, że problem NPC można rozwiązać w , gdzie jest odwrotną funkcją Ackermanna? Notacje są jedynie narzędziem służącym do formalnego wyrażenia mojego pytania ... 2 p o l y l o g ( n ) Q P P ≠ N P P ≠ N P 2 l o g ( n ) ⋅ l o g ∗ ( n ) l o g ∗ ( n )2log⁡n2polylog(n)QPP≠NPP≠NP2log(n)⋅log∗(n)log∗(n)
— RB,

dzięki za korektę. bardzo mało wiadomo w tej dziedzinie. spróbuj tego pytania NTime (n ^ k) =? DTime (n ^ k) tcs.se
— vzn

@RB Chociaż prawdą jest, że w każdym „możliwym świecie” istnieją dolne i górne granice, które z grubsza znajdują się w obrębie wielomianu, nie jest jasne, jakie granice a priori są możliwe.
— Yuval Filmus

Odpowiedzi:


2

Moja interpretacja tego pytania polega na pytaniu o możliwości w relatywizowanych światach . Załóżmy, że w jakimś relatywizowanym świecie . Czy możemy wydedukować coś nietrywialnego na temat złożoności czasowej problemów związanych z NP-zupełnością? Argument Baker – Gill – Solovay pokazuje, że możemy „zmusić” jakiś problem NP do czasu wykładniczego, więc górna granica podana w pytaniu jest zasadniczo optymalna.P≠NP

Jeśli chodzi o dolną granicę, szkicujemy poniżej dowód, że w odniesieniu do jakiejś wyroczni, . Zakładając, że naszkicowany dowód jest poprawny, możemy go również zastosować do funkcji mniejszych niż , co pokazuje, że dolna granica podana w pytaniu jest również zasadniczo ścisła.2 O ( log 2 n )NP=TIME(2O(log2⁡n))2O(log2⁡n)

Szkic próbny. Konstruujemy dwa wyrocznie : pierwszy zachowuje się jak -kompletny problem, a drugi implementuje diagonalizację Baker – Gill – Solovay. Łatwo jest spakować obie wyrocznie w jedną wyrocznię.T I M E ( 2 O ( log 2 n ) )O1,O2TIME(2O(log2⁡n))

Wyrocznia składa się ze wszystkich par dzięki czemu jest wyrocznią maszyną Turinga, która akceptuje w czasie wykonywania po uzyskaniu dostępu do wyrocznie ograniczone do danych wejściowych o długości maksymalnie . (To nie jest okrągła definicja). ⟨ M , x ⟩ M x 2 2 √O1⟨M,x⟩MxO1,O22√22log⁡|x|O1,O22log⁡|x|

Wyrocznia jest zdefiniowana w taki sam sposób, jak wyrocznia zdefiniowana w Baker – Gill – Solovay: dla każdej taktowanej wyroczni maszyny Turinga pracującej w czasie , znajdujemy pewne dane wejściowe długość która jest „nietknięta”, uruchom na dla kroków, a dla każdego zapytania do o rozmiarze zaznaczamy, że to wejście nie jest w (w przypadku innych zapytań zaznaczamy również, że wejścia tam nie ma , chyba że już zdecydowaliśmy, że jest w wersji ). Zapytania do są obsługiwane podobnie (jak dorozumiane zapytania do M T = 2 o ( log 2 n ) n M 1 n T O 2 n O 2 O 2 O 1 O 1 , O 2 n O 2 2 √O2MT=2o(log2⁡n)nM1nTO2nO2O2O1O1,O2mniejszego rozmiaru, obsługiwane rekurencyjnie); zauważ, że takie zapytania nigdy nie wspominają o ciągach o długości w , ponieważ . Jeśli maszyna zaakceptuje, wszystkie pozostałe ciągi o długości w jako brakujące, w przeciwnym razie wybieramy jakiś ciąg o długości i umieszczamy go w .nO2nO2nO22log⁡T<nnO2nO2

Klasa składa się ze wszystkich programów działających w czasie , wykonując zapytania do o rozmiarze . Klasa ma postać , gdzie , a więc jest zawarte w klasie wszystkich programów działających w czasie i wykonujących zapytania Oracle o rozmiarze . Ten ostatni jest zawarty w , ponieważ możemy użyć do podjęcia decyzji. To pokazuje że 2 2 O ( √PO1,O2O1,O22O(√22O(log⁡n)O1,O22O(log⁡n)NPO1,O2x↦∃|y|<nCφ(x,y)φ∈PO1,O22nC2O(log⁡n)TIME(2log2⁡nC)O1,O2O1NPO1,O2⊆TIME(2O(log2⁡n))O1,O2 .

Dla drugiego kierunku niech będzie językiem, który składa się z dla każdego tak że zawiera jakiś ciąg długości . Konstruując , , podczas gdy wyraźnie . To pokazuje, że .L1nnO2nO2L∉TIME(2o(log2⁡n))O1,O2L∈NPO1,O2NPO1,O2=TIME(2O(log2⁡n))O1,O2


Muszę przyznać, że nie w pełni zrozumiałem twoją odpowiedź, ale jeśli, jak wspomniałeś, jakiś NP-zupełny problem można rozwiązać tylko w , wtedy wszystkie inne problemy NPC są również możliwe do rozwiązania tylko w , ponieważ występuje w nich skrócenie czasu poli z , co oznacza, że ​​w przeciwnym razie miałbyś lepszy algorytm dla . Oznacza to na przykład i prawda? czego mi brakuje? ΠΩ(2nc)Ω(2nΩ(1))ΠΠQP≠NPETH
— RB,

Cóż, to nie oznacza , ale wygląda na to, że może oznaczać . ETHQP≠NP
— RB

Niczego nie brakuje. Istnieje świat relatywizowany, w którym ETH jest prawdą. Istnieje inny relatywizowany świat, w którym P = NP, a zatem w szczególności ETH jest fałszem.
— Yuval Filmus

Ale nie we wszystkich zrewitalizowanych światach, w których , jest również prawdą, prawda? Istnieje prawdopodobieństwo, że . Z tego, co zrozumiałem z twojej odpowiedzi, jeśli istnieje problem NPC, którego dolna granica jest wykładnicza, i zastanawiam się, dlaczego to prawda. P≠NPQP≠NPP⊊QP=NPP≠NP
— RB

1
W mojej odpowiedzi (rzekomo) podam relatywizowany świat, w którym . Inny relatywizowany świat ma . W jeszcze innych relatywizowanych światach . Jeśli chodzi o , nie twierdzę o tym nic. N P = T I M E ( 2 n O ( 1 ) ) P = N P Q PNP=TIME(nO(log⁡n))NP=TIME(2nO(1))P=NPQP
— Yuval Filmus
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.