Jak możemy wyrazić „


9
  1. Jak możemy wyrazić „ ” jako formułę pierwszego rzędu?P=PSPACE
  2. Który poziom hierarchii arytmetycznej zawiera tę formułę (i jaki jest obecnie znany minimalny poziom hierarchii, która ją zawiera)?

W celach informacyjnych zobacz ten post na blogu autorstwa Lipton .



1
Być może możesz użyć tego samego dowodu Liptona, używając problemu pełnego PSPACE zamiast SAT w definicji i otrzymujesz, że można wyrazić jako tj. jest to zdanie . Ale IMO to rodzaj „hacka” ... :-)ψ(x,c,y)P≠PSPACE∀x,c∃yψ(x,c,y)Π2
— Marzio De Biasi

3
Założę się, że moje życie i cały światowy dobytek można przedstawić jako „Fałsz”. Oznacza to, że można to wyrazić nawet w logice zdań. :)
— Shaull,

3
@Shaull. Pewnie. A kiedy pokażesz, że jest to poprawna reprezentacja, będziesz mógł kupić wszystkie potrzebne rzeczy. Nie protestuj, że miejsce na komentarz jest za krótkie, aby zawierać dowód.
— Vijay D,

3
@VijayD - wezmę przynętę: znalazłem naprawdę wspaniały dowód, a miejsce na komentarze jest wystarczające. Ale nie podoba mi się czcionka ...
— Shaull,

Odpowiedzi:


25

Po pierwsze, chcę skierować komentarze do pytania, w którym zasugerowano, że wyraża się „fałsz” P=PSPACEponieważ stwierdzenie jest fałszywe. Chociaż może to być dobry żart, myślenie w ten sposób jest bardzo szkodliwe. Kiedy pytamy, jak wyrazić określone zdanie w określonym systemie formalnym, nie mówimy o wartościach prawdy. Gdyby tak było, to kiedy ktoś zapytał „Jak zapisać fakt, że istnieje nieskończenie wiele liczb pierwszych?” moglibyśmy odpowiedzieć „3 + 3 = 6”, ale to na pewno nie zadziała. Z tego samego powodu „fałsz” nie jest prawidłową odpowiedzią na „jak zapisać”P=PSPACE? ". Myślę, że Frege i Russell starali się nas nauczyć tej lekcji. Ok, teraz odpowiedź.

Pokażę, jak wyrazić PSPACE⊆P, drugi kierunek jest podobny, a następnie można je połączyć w spójkę, aby uzyskać PSPACE=P. W każdym razie do celów może być wystarczające wyrażeniePSPACE⊆P, w zależności od tego, co robisz.

Wykorzystanie technik podobnych do tych w konstrukcji predykatu KleeneT, możemy skonstruować ograniczoną formułę kwantyfikatora acceptspace(k,m,n) (który w ten sposób rezyduje w Σ00=Π00) mówiąc „kiedy uruchomimy maszynę zakodowaną przez k i ograniczył wykorzystanie miejsca do |n|m, urządzenie akceptuje dane wejściowe n„Tutaj |n| jest długością n. Nieformalny sposób dostrzeżenia istnienia takich formuł jest następujący: danyk, m, i n możemy obliczyć prymitywną rekurencyjną zależną od tego, ile czasu i przestrzeni będziemy potrzebować (tj. co najwyżej |n|m przestrzeń i co najwyżej 2|n|mczas). Następnie po prostu przeszukujemy wszystkie możliwe ślady wykonania, które mieszczą się w obliczonych granicach - takie wyszukiwanie jest raczej nieefektywne, ale jest prymitywne rekurencyjne i dlatego możemy wyrazić je jako formułę ograniczoną.

Istnieje podobna formuła accepttime(k,m,n) w którym obowiązuje czas wykonywania |n|m.

Rozważmy teraz wzór:

∀k,m.∃k′,m′.∀n.acceptspace(k,m,n)⇔accepttime(k′,m′,n).
Mówi to dla każdej maszyny k który zajmuje co najwyżej miejsce |n|m jest maszyna k′ który korzysta w większości przypadków |n|m′ tak, że obie maszyny akceptują dokładnie to samo n„s. Innymi słowy, formuła mówiPSPACE⊆P. Ta formuła toΠ30.

Możemy to poprawić, jeśli zamiast tego chcemy wyrazić zdanie „TQBFis in polytime ”, co powinno wystarczyć dla większości aplikacji, ponieważ TQBF jest ukończony PSPACE, a więc bycie w czasie polytime jest równoważne zPSPACE⊆P. Pozwolićk0 być (kod) maszyną, która rozpoznaje TQBF w przestrzeni |n|m0. Następnie "TQBF∈P„można wyrazić jako

∃k′,m′.∀n.acceptspace(k0,m0,n)⇔accepttime(k′,m′,n).
Ta formuła jest po prostu Σ20. Gdybym był teoretykiem złożoności, wiedziałbym, czy da się zrobić jeszcze lepiej (ale wątpię).

twój pierwszy akapit jest prawie logiczną, tekstową formą tego: xkcd.com/169
— Vijay D

21

Andrej już to wyjaśnił P=PSPACE można zapisać jako Σ20-zdanie. Pozwól mi wspomnieć, że ta klasyfikacja jest optymalna w tym sensie, że jeśli instrukcja jest równoważna doΠ20- to fakt ten nie relatywizuje. Dokładniej, zestaw wyroczniA takie, że PA=PSPACEA jest definiowany przez Σ20-formula z bezpłatną zmienną drugiego rzędu A, ale nie jest to możliwe do zdefiniowania Π20-formuła. Argument jest przedstawiony (dlaP=NP, ale działa tak samo dla PSPACE) w komentarzach na stronie /mathpro/57348 . (W rzeczywistości można wykazać, opracowując ideę, że zestaw jestΣ20-kompletne w odpowiednim znaczeniu).

EDYCJA: Dowód topologiczny podany w powiązanym komentarzu jest krótki, ale może wydawać się trudny. Oto argument wymuszania bezpośredniego.

PA≠PSPACEA można zapisać jako Π20-formula postaci ϕ(A)=∀x∃yθ(A,x,y), gdzie θ jest Δ00. Załóżmy, że to sprzecznośćPA=PSPACEA jest również równoważne z Π20-formuła ψ(A)=∀x∃zη(A,x,z). Napraw wyrocznieB, C takie, że PB≠PSPACEB i PC=PSPACEC.

Od ϕ(B), tam istnieje y0 takie, że θ(B,0,y0). Jednak,θ jest ograniczoną formułą, stąd ocena wartości prawdy θ(B,0,y0)używa tylko skończonej części wyroczni. Zatem istnieje część skończonab0 z B takie, że θ(A,0,y0) za każdą wyrocznię A rozsuwalny b0.

Pozwolić C[b0] oznacz wyrocznię, która się rozciąga b0i zgadza się z C gdzie b0jest niezdefiniowany. OdPA i PSPACEA nie ma na nas wpływu skończona zmiana wyroczni, którą mamy ψ(C[b0]). Istnieje ten sam argument, co powyżejz0 i część skończona c0 z C[b0] takie, że η(A,0,z0) dla każdego A rozsuwalny c0. Możemy to założyćc0 rozszerza się b0.

Kontynuując w ten sam sposób, konstruujemy nieskończone sekwencje liczb y0,y1,y2,…, z0,z1,z2,…i skończone częściowe wyrocznie b0⊆c0⊆b1⊆c1⊆b2⊆⋯ takie, że

  1. θ(A,n,yn) za każdą wyrocznię A rozsuwalny bn,

  2. η(A,n,zn) za każdą wyrocznię A rozsuwalny cn.

Teraz pozwól A bądź wyrocznią, która rozciąga wszystko bn i cn. Zatem 1 i 2 implikują toϕ(A) i ψ(A) jednocześnie utrzymują, co jest sprzeczne z założeniem, że są one wzajemnie uzupełnieniem.


3
Smutne, że taka miła odpowiedź jest na pytanie, które jest już zamknięte ...
— arnab
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.