Prova do teorema de Karp-Lipton


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Estou tentando entender a prova do teorema de Karp-Lipton, conforme declarado no livro "Complexidade computacional: uma abordagem moderna" (2009).

Em particular, este livro declara o seguinte:

Teorema de Karp-Lipton

Se NP , PH .⊆ P∖poeuy = Σ p 2 =Σ2p

Prova: pelo Teorema 5.4, para mostrar PH , basta mostrar que e, em particular, basta mostrar que contém -complete idioma \ Pi_2 SAT. Π p 2 ⊆ Σ p 2 Σ p 2 Π p 2 Π dois=Σ2pΠ2p⊆Σ2pΣ2pΠ2pΠ2

O teorema 5.4 afirma que

para cada Eu≥1 , se ΣEup=ΠEup então PH = ΣEup . Ou seja, a hierarquia cai para o i-ésimo nível.

Não estou conseguindo entender como implica . Σ p 2 = Π p 2Π2p⊆Σ2pΣ2p=Π2p

Como uma pergunta mais geral: isso vale para todo , isto é, implica para todos os ?EuΠEup⊆ΣEupΣEup=ΠEupEu≥1


Depois de um tempo, se bem me lembro, chegamos a uma explicação vaga: "Se , podemos transformar uma fórmula com quantificadores em uma com quantificadores , que podemos usar para transformar uma fórmula de da forma para uma das formas , o que o coloca em , o que provoca o colapso da hierarquia não estou certo de que eu entendo esse argumento completamente..Π2p⊆Σ2p∀...∃∃...∀Σ3p∃...∀...∃∃...∃...∀Σ2p
— WardL

outra sugestão / idéia, as declarações matemáticas alternam entre inclusão de subconjuntos e igualdade (admita que isso é comum na teoria da complexidade). existe uma maneira de manter / stdize / reformular em um ou outro? fyi Karp-Lipton thm / wikipedia
— vzn 31/03

Respostas:


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Lembre-se de que iff ˉ L ∈ Π p i . Suponha agora que Σ p i ⊆ ¸ p i , e deixar L ∈ ¸ p i . Então ˉ L ∈ Σ p i e assim ˉ L ∈ ¸ p i por hipótese, o que implica que L ∈ Σ p i . Em outras palavras, Π p i ⊆ Σ p i , e assimeu∈ΣEupeu¯∈ΠEupΣEup⊆ΠEupeu∈ΠEupeu¯∈ΣEupeu¯∈ΠEupeu∈ΣEupΠEup⊆ΣEup .ΣEup=ΠEup

Aqui está o porquê sse ˉ L ∈ ¸ p i . Para concretude, tomamos i = 3 . Por definição, L ∈ Σ p 3 , se por algum P-time predicado T , x ∈ L ⇔ ∃ | y | < | x | O ( 1 ) ∀ | z | < | x | O ( 1 ) ∃eu∈ΣEupeu¯∈ΠEupEu=3eu∈Σ3pT Da mesma forma ˉ L ∈ ¸ p 3 , se por algum tempo-P predicado S , x ∈ ˉ G ⇔ ∀ | y | < | x | O ( 1 ) ∃ | z | < | x | O

x∈eu⇔∃|y|<|x|O(1)∀|z|<|x|O(1)∃|W|<|x|O(1)T(x,y,z,W).
eu¯∈Π3pS No entanto, essas duas afirmações são equivalentes, como mostra uma simples invocação das leis de Morgan, juntamente com o fato de P ser fechado sob complementação (vejaS=¬T).
x∈eu¯⇔∀|y|<|x|O(1)∃|z|<|x|O(1)∀|W|<|x|O(1)S(x,y,z,W).
S=¬T
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