Czy losowa wyrocznia może zmienić, które problemy TFNP są średnio trudne?


9

Zastanawiałem się nad następującym pytaniem w
różnych momentach, odkąd widziałem to pytanie w kryptografii .


Pytanie

Pozwolić Rbyć relacją TFNP . Czy losowa wyrocznia może pomóc P / poli
w przełamaniu z nieistotnym prawdopodobieństwem? Bardziej formalnie, R

Robi

dla wszystkich algorytmów P / poli , \ Pr_x [R (x, A (x))] jest nieistotnaAPrx[R(x,A(x))]

niekoniecznie implikuje to

w prawie wszystkich ö racles O , dla wszystkich P / poli Oracle algorytmów A , Prx[R(x,AO(x))] jest nieznaczna

?


Alternatywne sformułowanie

Odpowiedni zestaw wyroczni to Gδσ (w ten sposób mierzalny), więc biorąc przeciwstawne i stosując prawo Kołmogorowa równe zero , poniższe sformułowanie jest równoważne pierwotnemu.

Robi

w prawie wszystkich O racles , istnieje P / poli wyrocznia algorytm tak, że nie jest pomijalneO
APrx[R(x,AO(x))]

niekoniecznie implikuje to

istnieje algorytm P / poli taki, że nie jest bez znaczeniaAPrx[R(x,A(x))]

?


Jednolity futerał

Oto dowód na jednolitą wersję :

Istnieje tylko policzalnie wiele algorytmów wyroczni PPT, więc dzięki policzalnej addytywności wartości zerowej [idealnej] [8] istnieje algorytm PPT taki, że dla zestawu wartości innych niż zerowy wyroczni , nie jest bez znaczenia. Niech będzie takim algorytmem wyroczni.ZAO
Parx[R(x,ZAO(x))]b

Podobnie, niech będzie dodatnią liczbą całkowitą taką, że dla niepustego zbioru wyroczni , jest nieskończenie często co najmniej , gdzie jest długością wejścia. Przez contrapositive z Borel-Cantelli , jest nieskończony.doO
Parx[R(x,bO(x))]n-don
n=0ParO[n-doParx{0,1}n[R(x,bO(x))]]

W teście porównawczym nieskończenie często .ParO[n-doParx{0,1}n[R(x,bO(x))]n-2)

Niech będzie algorytmem PPT, który [symuluje wyrocznię] [12] i uruchamia z tą symulowaną wyrocznią.S.b

Napraw i niech będzie zbiorem wyroczni tak, że .nsolooreOn-doParx{0,1}n[R(x,bO(x))]

Jeśli nie ma wartości NULL, to .soloore

PrO[OGood]nc=PrO[OGood]EO[nc]PrO[OGood]EO[Prx{0,1}n[R(x,BO(x))]OGood]=EO[Prx{0,1}n[OGood and R(x,bO(x))]]miO[Parx{0,1}n[R(x,bO(x))]]=ParO,x{0,1}n[R(x,bO(x))]=Parx{0,1}n,O[R(x,bO(x))]=mix{0,1}n[ParO[R(x,bO(x))]]=mix{0,1}n[Par[R(x,S.(x))]]=Parx{0,1}n[R(x,S.(x))]

Ponieważ nieskończenie często, nie jest bez znaczenia.ParO[Osoloore]n-2)Parx[R(x,S.(x))]

Dlatego obowiązuje wersja jednolita . Dowód krytycznie wykorzystuje fakt, że istnieje
tylko niezliczona ilość algorytmów wyroczni PPT . Pomysł ten nie działa w
przypadku niejednolitego przypadku, ponieważ istnieje wiele ciągłych algorytmów P / poli oracle.


Nie sądzę, żeby to było naprawdę pytanie o wyrocznie. Ponieważ jest niezależny od , możesz również dać dostęp losowemu ciągowi znaków. Pytanie brzmi zatem: czy przypadkowość zwiększa moc obwodów wielowymiarowych. Odpowiedź brzmi „nie”, ponieważ gdyby dobrze zrobił dostęp do ciągu losowego, wówczas, za pomocą argumentu uśredniającego, istniałoby określone ustawienie ciągu losowego, z którym mógłby zrobić dobrze, a my równie dobrze moglibyśmy po prostu podłącz ten ciąg do obwoduORAAAA
Adam Smith

@AdamSmith: „Od jest niezależna od , może równie dobrze dać dostęp do losowy ciąg” to intuicja, ale nie widzę żadnego sposobu przekształcając go w dowodzie. ORA

1
@Adam, ważny jest inny kwantyfikator. Myślę, że łatwiej jest przyjrzeć się negacji: czy jest możliwe, że dla prawie każdej wyroczni istnieje niejednolity przeciwnik, który może wykorzystać wyrocznię do przełamania problemu wyszukiwania?
Kaveh

Widzę. Odpowiadałem na inne pytanie. Przepraszam za zamieszanie.
Adam Smith,

@domotorp: Należy je teraz naprawić. (Mój najlepszy przypuszczenie dla dlaczego tak się stało jest stosowanie ponumerowanych linki zamiast in-line linki.)

Odpowiedzi:


0

Nie dla mojego tytułu i Tak dla ciała mojego pytania. W rzeczywistości natychmiast uogólnia się
na każdą grę wielomianową, która nie korzysta z kodu przeciwnika.


Zauważ, że będę używał dla przeciwników, zamiast , aby dopasować się do notacji Twierdzenia 2 .CA

Załóżmy, że dla prawie wszystkich wyroczni istnieje P / poli -algorytm wyroczni taki, że nie jest bez znaczenia.O
CPrx[R(x,CO(x))]


Dla prawie wszystkich wyroczni istnieje dodatnia liczba całkowita d taka, że istnieje sekwencja obwodów o wielkości co najwyżej d + n d taka, że jest nieskończenie często większy niż .O

Prx{0,1}n[R(x,CO(x))]1/(nd)

Według policzalnej addytywności istnieje dodatnia liczba całkowita d, taka że dla niepustego zbioru wyroczni istnieje sekwencja obwodów o wielkości co najwyżej d + n d taka, że jest nieskończenie często większy niż .O
Prx{0,1}n[R(x,CO(x))]1/(nd)

Niech j będzie taką reklamą i niech z będzie (niekoniecznie wydajnym) algorytmem wyroczni, który
przyjmuje n jako dane wejściowe i wyjściowe najmniejszego leksykograficznie obwodu wielkości co najwyżej j + n który maksymalizuje . Przez contrapositive z Borela-Cantelli ,j
Prx{0,1}n[R(x,CO(x))]1/(n2))<ProbO[1/(njot)<Parx{0,1}n[R(x,(zO)O(x))]]dla nieskończenie wielu n.


Dla takiego n

1/(n2)+jot)=1/((n2))(njot))=(1/(n2)))(1/(njot))<ProbO,x{0,1}n[R(x,(zO)O(x))]

.


Niech będzie algorytmem wyroczni, który przyjmuje 2 dane wejściowe, z których jedno ma wartość , i wykonuje następujące czynności:ZAn

Wybierz losowy ciąg n-bitowy . Próba [parsowania drugiego wejścia jako obwodu oracle i uruchomienia tego obwodu oracle na łańcuchu n-bit]. Jeśli to się powiedzie, a wyjście obwodu oracle spełnia R (x, y), to wyjście 1, w przeciwnym razie wyjście 0. (Zauważ, że nie jest tylko przeciwnikiem.) Dla nieskończenie wielu n, . Niech p będzie jak w Twierdzeniu 2 i ustawix

y


ZA
1/(n2)+jot)<ProbO[ZAO(n,zO(n))]
fa=2)p(jot+njot)n(2)+jot)2) .


Według Twierdzenia 2 istnieje funkcja wyroczni taka, że ​​z jak w tym twierdzeniu, jeślinastępnieS.P.
1/(n2)+jot)<ProbO[ZAO(n,zO(n))]

1/(2)(n2)+jot))=(1/(n2)+jot))-(1/(2)(n2)+jot)))=(1/(n2)+jot))-1/(2)2)(n(2)+jot)2)))
=(1/(n2)+jot))-(p(jot+njot))/(2)2)p(jot+njot)(n(2)+jot)2)))=(1/(n2)+jot))-(p(jot+njot))/(2)fa)
<ProbO[AO(n,zO(n))](p(j+nj))/(2f)ProbO[AP(n,zO(n))].


Dla n takich, że:1/(n2+j)<ProbO[AO(n,zO(n))]

W szczególności istnieje [ wyrocznią obwodu o rozmiarze co najwyżej j + N i zadanie o długości co najwyżej f tak, że przy tym wejściu i wstępnym próbkowaniu prawdopodobieństwo wypisania jest większe niż . Obwody Oracle o rozmiarze co najwyżej j + n mogą być reprezentowane za pomocą bitów poli (n), więc dla p jest ograniczony powyżej wielomianem in, co oznacza, że ​​f jest również ograniczone powyżej przez wielomian w n. Cj]
[]
A11/(2(n2+j))
j

Konstrukcja oznacza, że ​​istnieją obwody oracle wielkości o wielkości co najwyżej j + n i przypisanie długości wielomianowej, tak że w przypadku uruchomienia z tym wstępnym próbkowaniem prawdopodobieństwo znalezienia obwodów rozwiązanie jest większe niż . Ponieważ takie obwody nie mogą tworzyć zapytań dłuższych niż j + nAj
1/(2(n2+j))jbitów, wejścia preamplowane dłuższe niż to można zignorować, więc takie preampling może być efektywnie i doskonale symulowany za pomocą losowej wyroczni i bitów poli (n) zakodowanych na stałe. Oznacza to, że istnieją wielomianowe obwody wyroczni takie, że przy standardowej losowej wyroczni prawdopodobieństwo znalezienia rozwiązania przez obwody jest większe niż . Taką losową wyrocznię można z kolei skutecznie i doskonale symulować za pomocą zwykłych losowych bitów, więc istnieją wielomianowe probabilistyczne obwody nie- cudowne, których prawdopodobieństwo znalezienia rozwiązania jest większe niż1/(2(n2+j))1/(2(n2+j)) . Z kolei przez zakodowane losowo optyczne losowości istnieją obwody deterministyczne wielomianowe (nieprzekraczalne), których prawdopodobieństwo (powyżej wyboru x) znalezienia rozwiązania jest większe niż . Jak pokazano wcześniej w tej odpowiedzi, jest nieskończenie wiele takich n, że,1/(2(n2+j))


1/(n2+j)<ProbO[AO(n,zO(n))]więc istnieje wielomian taki, że

sekwencja, której n-ty wpis jest najmniejszy leksykograficznie
[obwód C o rozmiarze ograniczonym powyżej przez ten wielomian], który maksymalizujePrx{0,1}n[R(x,C(x))]

jest algorytmem P / poli, którego prawdopodobieństwo (w stosunku do wyboru x) znalezienia rozwiązania jest niemałe.


Dlatego konsekwencje w ciele mojego pytania są zawsze aktualne.

Aby uzyskać ten sam wpływu na innych gier wielomian długości, tylko
zmienić to dowód na , aby go mają obwody wejściowe Oracle gry.A

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.