다항식 크기 ​​최소화의 복잡성


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하자 정도의 수 (D) 다항식에 n 개의 변수 위에 F (2) , (D)는 일정 (2 또는 3을 말한다). f 에 대한 가장 작은 공식을 찾고 싶습니다 . 여기서 "수식"및 "수식 크기"는 명백한 방식으로 정의됩니다 (예 : 다항식 x 1 x 2 + x 1 x 3 의 가장 작은 공식 은 x 1 ( x 2 + x 3 ) ).f(x1,,xn)dnF2dfx1x2+x1x3x1(x2+x3)

이 문제의 복잡성은 무엇입니까? NP-hard입니까? 복잡성은 의존합니까 ?d

더 공식적으로, 공식 (일명 "산술 공식")은 루팅 된 이진 트리이며 각각의 잎은 입력 변수 또는 상수 1로 레이블이 지정됩니다. 트리의 다른 모든 정점에는 또는 × 로 레이블이 지정됩니다 . 공식의 크기는 사용 된 잎의 수입니다. 공식은 재귀 적 다항식 계산 : + 꼭지점을 통해 자녀의 합을 계산 F 2 , × 정점 제품을 계산한다. ]+×+F2×


1
다항식 아이덴티티 테스트를이 문제로 줄일 수 없습니까?
Kaveh

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나는 연결이있을 수 있다고 생각하지만, 즉시 정도는 보이지 않기 때문에 즉시 보지 못합니다. 또한 문제가 다항식 아이덴티티 테스트보다 어려운 경우 얼마나 어려운지 아는 것이 흥미로울 것입니다.
Ashley Montanaro

귀하의 경우 공식 의 게이트 수 ( s 및 × s)는 실제 공식 크기와 어떻게 관련이 있습니까? 들어 D = 2 에서 건설 Ehrenfeucht 및 카핀 스키 (90) 은 "게이트"-formula 크기 (2XOR 단락 참조) 관련 것 같다,하지만 난 더 이상 그것에 대해 생각해야합니다. +×d=2
Alessandro Cosentino

수식은 이진 트리이므로 여기에서 사용한 수식 크기 (잎 수)의 정의는 게이트 수 (내부 정점)에 1을 더한 것과 같습니다. 그러나 수식 크기의 다른 합리적인 정의에 대한 결과에도 관심이 있습니다. 나는 Ehrenfeucht와 Karpinski의 결과와 관련이 있다고 확신하지 않습니다. 이것들은 공식 크기를 최소화하는 것이 아니라 솔루션 계산의 복잡성에 관한 것입니다 ...
Ashley Montanaro

d=2

답변:


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co-NP-Complete TAUTOLOGY 문제 (부울 수식이 주어 졌거나, 그것이 팽팽한가?)를 수식 크기 최소화 문제로 줄일 수 있습니다. 더욱이, 3DNF에 대한 TAUTOLOGY (3CNF에 대한 SAT와 유사)는 co-NP-Complete입니다.


1
f

3
GF (2)에 대한 deg-3 다항식을 고려할 때 3의 SAT에서 검사로 확률이 감소합니다. [절의 임의 선형 조합을보고] 0을 갖는지, 그런 다음 deg- [0에서 poly을 빼서] 0인지 여부에 관계없이 GF (2)에 대한 3 poly.
Dana Moshkovitz

1
감사! 2 차 다항식의 상황이 무엇인지 아십니까? 또한 (이것은 아마도 매우 밀도가 높음) 표준 형식으로 작성된 GF (2)에 대한 3 차 다항식이 어떻게 다항식이 아닌 제로가 될 수 있는지 알기 위해 고심하고 있습니다. 분명히, 나는 내 문제에 대한 입력이 다항식을 계산하는 회로에 대한 설명이 아니라 다항식 자체에 대한 설명이라고 생각합니다.
Ashley Montanaro

2
xkx

4
실제로 설명대로 다 선형으로 만들면 다항식은 모든 입력에서 0으로 평가됩니다. 하나의 증거 : 최소 정도의 0이 아닌 모노 미 M을 선택하십시오. 다른 모든 변수를 0으로 설정하십시오. 유일하게 살아남은 단항은 M입니다. M의 변수를 1로 설정하면 0이 아닌 출력을 얻습니다.
Manu

4

정확히 대답은 아니지만 희망적으로 도움이됩니다.

naijxiyjF2nF2nF2n

3n


2
감사! 이것은 문제에 대한 흥미로운 관점입니다.
Ashley Montanaro

f1,f2,,fnz1f1+z2f2znfn

d=2

2

이에 대한 답변 은 답변에서 허용 하는 어휘 에 크게 좌우 됩니다. 입력과 같은 언어로 답을 원한다면 (즉, 다항식으로), 다른 포스터가 어려움을 겪고있는 한 세트의 답변으로 이어집니다.

그러나 당신이 허용하는 경우 응답 어휘가 확대 될 멋진 일이 발생할 수 있습니다. 상징적 차별화와 자동적 차별화의 예를 볼 수 있습니다. 상징적 차별화에서는 '표현'만 허용합니다. 자동 미분에서는 입력에 표현식이 있더라도 직선 프로그램 을 사용하여 표현식 팽창을 제어하는 ​​데 크게 도움이됩니다. 단 변량 다항식를 들어, 제임스 데븐 포트와 나는 숙고했다 기본 어휘의 일부로 세포핵 다항식을 던져야 함 및 3SAT).

다시 말해서, 당신이 당신이 생각하는 답변을 고전적인 답변과 약간 다르게 할 수 있다면, 다소 다른 답변, 즉 훨씬 더 복잡한 답변을 얻을 수있을 것입니다. 순전히 이론적이거나 응용 프로그램을 염두에두고 질문을하려는 원래의 동기에 따라 이러한 어휘의 변화가 귀하에게 적합한 지 결정합니다. James와 내가 이것에 대해 생각한 환경에서 (심볼 계산), 복잡성을 떨어 뜨리기 위해 어휘를 조정하는 것은 완벽하게 수용 가능합니다 (아주 드물게 수행됨).


이 질문은 가장 작은 산술 공식을 요구하며,이 공식은 명확하게 정의됩니다. 따라서이 회신이 직접적인 관련이 있는지 잘 모르겠습니다. 또한 Dana Moshkovitz의 위의 답변과 관련 의견은 의견에서 이미 인정 된대로 질문에 올바르게 답변하지 않습니다.
Raphael

내 대답의 요점은 OP가 반드시 최고의 질문을하지는 않는다는 것을 인식하지 못할 수 있다는 것입니다. OP의 질문은 매우 고전적인 용어로 요구되지만 그로부터 약간의 편차를 허용하면 상당히 다른 답변을 얻습니다. 귀하의 의견을 이해하지만 공감대가 다소 가혹하다고 생각합니다.
Jacques Carette

질문의 정답이 아직 정확하지 않은지 확인하기 위해 답의 첫 번째 단락을 수정할 수 있습니까? 사람들이 오도 될까봐 걱정이되었습니다.
라파엘

1
@Raphael : 끝났습니다. 그리고 더 명확하게.
Jacques Carette

0

모든 회로의 최소 공식 크기가 단순히 0이므로 일반적인 회로 / 수식 최소화는 동일성 테스트보다 확실히 어렵습니다. 얼마나 어려운지에 대해서는 결정적인 답이 없지만 산술 회로 / 공식에서 연구 된 "재건 알고리즘"이 이러한 선을 따르는 것일 수 있습니다.

C3C

d

d=2x1x2+x3x4+..+x2k1x2k+


귀하의 의견에 감사드립니다. 안타깝게도 이러한 아이디어를 사용하여 원래 문제를 해결하는 방법을 모르겠습니다.
Ashley Montanaro
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