EXPTIME-complete 문제에 대한 비 결정적 알고리즘이 얼마나 빨리 를 암시해야 합니까?


20

EXPTIME-complete 문제에 대한 비 결정적 알고리즘이 얼마나 빨리 내포해야 하는가? 다항식 시간 비 결정적 알고리즘은 이지만 아무도 믿지 않기 때문에 즉시이를 암시합니다 . 대수를 올바르게 수행했다면 (아래 참조) 시간 계층 정리는 여전히 모든 다항식 대해 실행 시간에 의미를 부여 하지만 느린 알고리즘으로 결과를 줄 수있는 효율적인 축소와 관련된 완전한 문제가 있음을 알고 있습니다. 또는 와 같은 것을 알고있는 EXPTIME-complete 문제가 있습니까?P ≠ N P P≠NPP ≠ E X P T I M E P≠EXPTIMEN P = E X P T I M ENP=EXPTIME P ≠ N P P≠NPO ( 2 n / f ( n ) ) O(2n/f(n))f ( ⋅ ) f(⋅)2 n / n 2n/n2 n / n 22n/n2 비결정론으로 충분합니까?

"대수"에 대한 설명 : 는 패딩 인수로 을 의미 하므로 EXPTIME 완료 문제에 대한 비 결정적 알고리즘도 NEXPTIME 완료 문제에 대한 알고리즘입니다. 초 다항식 경우 NTIME 사용하여 줄일 수 있기 때문에 비 결정적 시간 계층 정리와 모순 됩니다.P = N P E X P T I M E = N E X P T I M E 2 n / f ( n ) f ( ⋅ ) L ∈ ( 2 n )P=NPEXPTIME=NEXPTIME2n/f(n)f(⋅)L∈(2n)


6
시간 계층 정리에서 모순을 얻으려면 실제로 실행 시간이 필요하다고 생각합니다 . 또한 나는 이것이 거의 들리지 않는다고 생각합니다. 2 n o ( 1 )2no(1)
— Sasho Nikolov

2
f⊆(f(n))⊈⊈

추신 : 계정을 등록하면 질문을 더 쉽게 편집 할 수 있습니다.
— Kaveh

3
만약 L 이 E X P T I M E- 완료 이고 L ' 가 N E X P T I M E- 완료 이고 L ' 가 시간 O ( n k) 에서 L 로 환원 될 수 있도록 인 경우 Sasho가 정확하다고 생각 합니다. ) 이면 여전히 L ∈ N T I M E ( 2 k √E X P T I M E = N E X P T I M EEXPTIME=NEXPTIMELEXPTIMEL′NEXPTIMEL′LO(nk)L의 인스턴스가L'보다 큰O(nk)일 수 있으므로 n )모순없이. L∈NTIME(2n√k)LO(nk)L′
— Joe Bebel

답변:


16

나는 그것을 돌리는 것이 더 쉽다고 생각합니다.

만약 P = N P , 다음 N T I M E ( T ( N ) ) ⊂ D T I M E ( ( T ( N ) ) (C) ) 일부의 상수에 대한 C , 및 T ( N ) > N . 이후 D T I M E ( ( T ( N ) C를 ) 포함하지 않는 D를P=NPNTIME(T(n))⊂DTIME((T(n))c)cT(n)>nDTIME((T(n)c)T I M E ( T ( n은 ) c는 로그 T ( N ) ) ⊂ D T I M E ( T ( N ) C + 1 ) 의 모든 문제를 말하고, 우리는 해결할 수없는 이러한 수단 D T I M E를 ( 2 N ) 에 N T I M E ( 2 ε의 N ) 일부 εDTIME(T(n)clogT(n))⊂DTIME(T(n)c+1)DTIME(2n)NTIME(2ϵn)ϵ. 따라서 준 선형 감소 하에서 D T I M E ( 2 n ) 에 대해 완료된 문제에 대한 비 결정적 시간 2 o ( n ) 알고리즘은 P ≠ N P 를 증명하기에 충분할 것 입니다.2o(n)DTIME(2n)P≠NP


1
D T I M E ( 2 n ) ⊆ N T I M E ( 2 o ( n ) )이 P ≠ N P를 의미 하는 이유에 대해 간략히 설명해 주셔서 감사합니다 . DTIME(2n)⊆NTIME(2o(n))P≠NP
— Michael Wehar

그리고 결정 론적 또는 비결정론 적 시간 계층 정리가 사용될 수 있음을 지적 해 주셔서 감사합니다. :)
— Michael Wehar

15

간단한 응답 : 각각에 대해 E X P T I M E - H R의 개발 일부 상수가 문제 C 같은 그 우리의 문제를 해결할 수 있다면 N T I M E ( 2 O를 ( N 1EXPTIMEhardcc ))다음P≠NP입니다.NTIME(2o(n1c))P≠NP

참고 : 상수 c 는 축소로 인한 인스턴스 크기 폭발에서 비롯됩니다.c

정당성 하자 X는 나타내는 E X P T I M E - 시간 R의 개발 문제를. 모든 문제가 있음을 의미 E X P T I M E가 다항식 시간 환원입니다 X . 사실 우리는 더 많은 것을 보여줄 수 있습니다.XEXPTIMEhardEXPTIMEX

2 n 시간 제한 결정 론적 튜링 기계 의 수용 문제 는 D T I M E ( n ⋅ 2 n ) ⊆ E X P T I M E 에 있으므로 X로 환원 할 수있는 다항식 시간 입니다.2nDTIME(n⋅2n)⊆EXPTIMEX

따라서, D T I M E ( 2 n )의 모든 문제가 인스턴스 크기 블로우 업이 O ( n c ) 인 X 로 환원 가능한 다항식 시간이 되도록 고정 상수 c 가 있어야합니다 . 즉, 크기 N의 인스턴스는 크기의 경우에 감소된다 O ( N C ) 에 대한 X .cDTIME(2n)XO(nc)O(nc)X

이제 X ∈ N T I M E ( 2 o ( n 1c))X∈NTIME(2o(n1c)), then DTIME(2n)⊆NTIME(2o(n))DTIME(2n)⊆NTIME(2o(n)). However, this implies P≠NPP≠NP (see below for details).

Additional Details: One can show that P=NPP=NP ⇔⇔ ∃c′∃c′ ∀k∀k NTIME(nk)⊆DTIME(nc′k)NTIME(nk)⊆DTIME(nc′k).

In other words, if you can solve an NPNP-completecomplete problem in polynomial time, then there is a uniform way of speeding up any problem in NP.

Now, let's suppose that P=NP. By the preceding (with k=1) we get a constant c′ such that NTIME(n)⊆DTIME(nc′).

Next, we can use padding to scale up this inclusion and get NTIME(2n)⊆DTIME(2c′n).

Then, by the deterministic time hierarchy theorem, we have NTIME(2n)⊆DTIME(2c′n)⊊DTIME(2(c′+ϵ)n)

for any ϵ>0.

Therefore, we couldn't have DTIME(2(c′+ϵ)n)⊆NTIME(2n).

Further, we couldn't have DTIME(2n)⊆NTIME(2o(n)) because by padding we would get DTIME(2(c′+ϵ)n)⊆NTIME(2o(n)).

Further Question: Does anyone have any simple examples of EXPTIME-complete problems where we can easily determine the instance size blow-up constant c?


1
The acceptance problem for DTIME(2n) is itself EXPTIME-complete, that is, the language L={⟨T,x,1m⟩} consisting of DTMs T that on input x accept within 2m steps, because every language L′∈EXPTIME has some T that accepts x∈L′ in time 2O(|x|k)) for some k, so that proper choice of m=O(|x|k) reduces L′ to L. In particular the constant (c=1) then seems to show that the speedup (that is, f(n)) must be exponential if to show P≠NP, if you choose this particular EXPTIME-complete language.
— Joe Bebel

1
@JoeBebel Hi Joe, thanks for the comment. I think it's valuable that you further considered this problem L. Here, we can say more than just L∈NTIME(2o(n)) implies P≠NP. For this particular artificial problem L, we may be able to say something like for any k, L∈NTIME(2nk) implies NTIME(n)⊈DTIME(nk−ϵ) for all ϵ>0.
— Michael Wehar
당사 사이트를 사용함과 동시에 당사의 쿠키 정책과 개인정보 보호정책을 읽고 이해하였음을 인정하는 것으로 간주합니다.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.