Sprawdzanie równoważności dwóch polytopów


14

Rozważmy wektor zmiennych i zestaw wiązań liniowych określonych przez A → x ≤ b .x→Ax→≤b

Ponadto rozważ dwa polytopy

P1={(f1(x→),⋯,fm(x→))∣Ax→≤b}P2={(g1(x→),⋯,gm(x→))∣Ax→≤b}

gdzie ' ig ' s są odwzorowaniami afinicznymi . Mianowicie mają one postać → c ⋅ → x + d . (Zauważmy, że P 1 i P 2 są polytopami, ponieważ są „afinicznymi odwzorowaniami” politopu A → x ≤ b .)fgc→⋅x→+dP1P2Ax→≤b

Pytanie brzmi: jak zdecydować, czy i P 2 są równe zestawom? Jaka jest złożoność?P1P2

Przyczyną problemu są sieci czujników, ale wydaje się, że jest to piękny (prawdopodobnie podstawowy?) Problem geometrii. Można to rozwiązać na przykład, wyliczając wszystkie wierzchołki i P 2 , ale czy istnieje lepsze podejście?P1P2


2
Co rozumiesz przez dwa równoważne politopy? Natychmiast przychodzą mi na myśl trzy interpretacje: równe jako zbiory, równorzędne i kombinatorycznie równoważne. Dwie istniejące odpowiedzi zakładają różne interpretacje.
— Tsuyoshi Ito

Mam na myśli równe jak zbiory.
— maomao

Edytuj pytanie, aby uwzględnić to wyjaśnienie. Nie zostawiaj tego w komentarzach. Pytania powinny być samodzielne: ludzie nie powinni czytać komentarzy, aby zrozumieć, o co pytasz. Dziękuję Ci.
— DW

Odpowiedzi:


12

Nie mogę powiedzieć na pewno, czy podoba Ci się następujące podejście jako lepsze, ale z teoretycznego punktu widzenia złożoności istnieje bardziej wydajne rozwiązanie. Chodzi o to, aby przeformułować swoje pytanie w teorii racjonalnych pierwszego rzędu z dodawaniem i porządkiem. Masz, że jest zawarty w P 2 wtedy i tylko wtedy, gdy Φ : = ∀ → x . ∃ → y . ( A ⋅ → x ≤ bP1P2 jest ważne. Oczywiste jest, jak uzyskać równoważnośćP1iP2w ten sam sposób. TerazΦma stały przedrostek kwantyfikator-przemienność, a zatem jest rozstrzygalny wΠP2, drugim poziomie hierarchii czasu wielomianowego (Sontag, 1985

Φ:=∀x→.∃y→.(A⋅x→≤b⟹(A⋅y→≤b∧⋀1≤i≤mfi(x→)=gi(y→)))
P1P2ΦΠ2PΠ2P

Jeśli szukasz wsparcia narzędziowego w celu rozwiązania takich problemów w praktyce, nowoczesne rozwiązania SMT, takie jak Z3, w pełni obsługują tę teorię.


5

Fakt, że leżący u podstaw polytop ZAx≤b jest taki sam dla P.1 i P.2) nie ma znaczenia, chyba że wiemy coś konkretnego ZA i b. Wynika to z faktu, że ogólny polytop jest afiniczną projekcją simpleksu (patrz na przykład Ziegler „Lectures for Polytopes”, Theorem 2.15). Zatem jeśliZA i bzakoduj simplex, twoje pytanie jest równoznaczne z postawieniem pytania, jak twardy jest ogólny izomorfizm polytopów. Szybkie wyszukiwanie ujawnia następujący artykuł Kaibela i Schwartza na temat złożoności problemów związanych z izomorfizmem politopów , gdzie pokazują, że jest to trudny wykres izomorficzny.


2
Nie sądzę, aby ten argument działał - ignoruje on wymiar simpleks podany w cytowanym twierdzeniu. (x jest częścią danych wejściowych, więc każda redukcja musi być pewna, że ​​jest ograniczona wielomianowo)
— Colin McQuillan

Słuszna uwaga! Wydaje się, że moje roszczenie powinno jeszcze zostać rozpatrzone, ale musimy zajrzeć do dowodu w cytowanym przeze mnie artykule. Zaczynając od wykresu, konstruują polytop, tak że dwa wykresy są izomorficzne wtedy i tylko wtedy, gdy odpowiadające im polytopy są izomorficzne. Ich polytopy mają wielomianową liczbę wierzchołków, a ich opisy wierzchołków można obliczyć w czasie wielomianowym. Zatem możemy przyjąć (A, b) za jedność w wymiarze, która jest liczbą wierzchołków if, aby być projekcją afiniczną, która daje polytop, który można uzyskać z opisu wierzchołka.
— Denis Pankratov
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.