Konsekwencje kompletnych problemów dla NP przecina CoNP


24

Jakie są konsekwencje posiadania kompletnych problemów w NP∩coNP ?



Znam ten link. Moje pytanie dotyczy konsekwencji. Na przykład, jeśli język L jest kompletny dla wówczas PH spada do i-tego poziomu lub coś w tym rodzaju. NP∩coNPi
— Marcos Villagra,

Właściwie zadałem to samo pytanie co komentarz w tym linku, ale chciałem, aby było to prawdziwe pytanie.
— Marcos Villagra,

2
Tak, wiem, że wiesz, ale strona mathoverflow zawiera przydatne informacje dla innych.
— Jukka Suomela,

Odpowiedzi:


18

Jest to (szeroko) otwarty problem; jak w środku, prawie nic nie wiemy. W szczególności, ze względu na podstępność w udowadnianiu NP∩coNP kompletnych problemów, potrzebujemy bardzo różnych technik dowodowych niż obecnie. Dyskusja o konsekwencjach powinna jako taka zawierać tangens na temat „Co oznaczałoby posiadanie tak potężnych, nowych technik dowodowych?”.

W przypadku stosunkowo niedawnej dyskusji na ten temat znajduje się 26. kolumna Davida Johnsona dotycząca kompletności NP w Transakcjach ACM na algorytmach od 2007 r. ( PDF ). Pozwólcie mi sparafrazować niektóre wypowiedzi Dawida dotyczące kwestii udowodnienia istnienia NP∩coNP kompletnych problemów i dodajcie moje przemyślenia:

Obecnie mamy tylko „słabych”, naturalnych kandydatów do członkostwa w NP∩coNP−P w tym sensie, że najsilniejszym dowodem ich członkostwa jest to, że nie udało nam się znaleźć dla nich algorytmu wielomianowego czasu. Wymienia kilku kandydatów: SMALL FACTOR, SIMPLE STOCHASTIC GAME i MEAN PAYOFF GAME. Niektóre z dodatkowej „dziwności” tych problemów wynikają z najlepszych heurystycznych czasów pracy w celu ich rozwiązania, np. MAŁY FACTOR, czyli INTEGER FACTOR ≤k , ma losową złożoność czasową poly(n)2klog(k) . (Jeśli wNP∩coNP−Pwystępują całkowite problemy, toczy taki sub-wykładniczy(ani czysto wykładniczy, ani całkowicie wielomianowy)środowisko uruchomieniowe jest endemiczne dla klasy?)

Tak konkretnie, chcielibyśmy, aby udowodnić coś takiego: A jest problemem tylko w P wtw NP∩coNP=P , czyli kompletności wyniku podobnego twierdzenia Cook dla 3SAT i NP . Dla NP takie dowody powszechnie obejmować redukcję wielomian czasu (i naprawić swoje ulubione, dodatkowe ograniczenia, np Stoły redukcje, Karpa-redukcje). W rezultacie, zgodnie z technikami redukcji czasu wielomianowego, musi istnieć przypadek rozpoznawalnej reprezentacji klasy w czasie wielomianowym. W przypadku NP możemy użyć niedeterministycznych maszyn Turinga, które zatrzymują się w obrębie wielomianu, p(|x|) , liczba kroków. David zwraca uwagę, mamy podobne reprezentacje innych klas (gdzie status jest bardziej jasne), takich jakPSPACE i#P .

Jednak trudność w zapewnieniu podobnej reprezentacji dla NP∩coNP polega na tym, że „naturalny” analog pozwala nam osadzić problem zatrzymania w reprezentacji, a zatem jest nierozstrzygalny . To znaczy rozważ następującą próbę przedstawienia NP∩coNP pomocą dwóch niedeterministycznych maszyn Turinga, które rzekomo rozpoznają języki komplementarne:

Pytanie: Czy maszyna Turinga M∗ zatrzymuje się na wejściu x∈0,1n ?

Skonstruuj dwie liniowe maszyny Turinga M1 i M2 w następujący sposób. Na wejściowego y , M1 odczytuje dane i zawsze przyjmuje. M2 zawsze odrzuca, chyba że |y|≥|x|a M∗ przyjmuje x w krokach ≤|y|.

Dlatego M1 i M2 akceptują języki komplementarne iff M∗ nie zatrzymuje się na wejściu x . Dlatego, sprzecznie, decyzja, czy dwie maszyny Turinga w czasie wielomianowym akceptują języki komplementarne, jest nierozstrzygalna.

Zatem „naturalna” reprezentacja problemów NP∩coNP nie jest rozpoznawalna w czasie wielomianowym. Pozostaje pytanie: w jaki sposób reprezentujesz problemy NP∩coNP , tak że można je rozpoznać po czasie wielomianowym?

Nie było znaczące prace na ten temat, ale jej sukces rozdzielczość to konieczne do udowodnienia kompletności w NP∩coNP . Dlatego twierdzę, że istnienie techniki dowodowej, która może rozwiązać kompletność NP∩coNP będzie tutaj większą historią - nie zaś „automatycznymi” wynikami NP∩coNP problemów kompletnych ( np. klasy złożoności, być może upadające), o których wiemy już (a raczej będziemy świadomi , hipotetycznie w przyszłości).


1
dzięki za plik PDF. Jeszcze go nie przeczytałem, ale zrobię to. Jest ten artykuł: „O funkcjach całkowitych, twierdzeniach o istnieniu i złożoności obliczeniowej”. Nimrod Megiddo i Christos Papadimitriou. Theoretical Computer Science 81, 1991. Nie chodzi o , ale o związaną z nim klasę funkcji TFNP, tj. T F N P = F ( N P ∩ c o N P ) . Istnieje następujące twierdzenie: „Występuje problem z pełnym FNP w TFNP iff NP = coNP”. Biorąc pod uwagę, że wyszukiwanie i decyzyjne problemy wielomianowo związane, czy twierdzenie to rozciąga się również na N PNP∩coNPTFNP=F(NP∩coNP)NP∩coNP

To nie tłumaczy bezpośrednio (w sposób, który według mnie sugerujesz). Zauważ, że twierdzenie to nie dotyczy tylko KAŻDEGO pełnego problemu, ale problemu pełnego FNP. Jest to równoważne z powiedzeniem: „Istnieje NP-całkowity problem w NP \ cap coNP iff NP = coNP”. O ile mi wiadomo, możliwe jest, że NP \ cap coNP ma kompletne problemy, które różnią się od NP-kompletnych problemów, bez załamania PH . (Link jest dla zabawy;))
— Daniel Apon

Uwaga: Nadal uważa się za mało prawdopodobne, aby sytuacja, którą opisałem powyżej jako możliwy, miała miejsce z tych samych powodów w odpowiedzi.
— Daniel Apon,
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.