Qual a rapidez que um algoritmo não determinístico para um problema EXPTIME-completo teria de implicar


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Qual a velocidade de um algoritmo não determinístico para um problema EXPTIME-completo para implicar ? Um algoritmo não determinístico de tempo polinomial implicaria isso imediatamente porque mas ninguém acredita que . Se eu fiz a álgebra corretamente (veja abaixo), o teorema da hierarquia de tempo ainda daria a implicação para os tempos de execução de para qualquer superpolinômio , mas para tudo o que sei são problemas completos com reduções eficientes que permitem que algoritmos mais lentos produzam o resultado. Existem problemas EXPTIME-complete em que sabemos algo como ouP≠NPP≠EXPTIMENP=EXPTIMEP≠NPO(2n/f(n))f(⋅)2n/n2n/n2 com não-determinismo é suficiente?

O esclarecimento da "álgebra": implica por um argumento de preenchimento; portanto, um algoritmo para um problema de EXPTIME-completo seria também um problema de NEXPTIME-completo. Para o superpolinômio isso contradiz o teorema da hierarquia de tempo não determinístico, pois podemos reduzir o uso de algum NTIME .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)


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Eu acho que você realmente precisa de tempo de execução 2no(1) para obter uma contradição a partir do teorema de hierarquia de tempo. Também acho que isso parece bastante improvável.
— Sasho Nikolov

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f⊆(f(n))⊈

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— Kaveh

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Acredito que Sasho está correto, se modo que seja -complete e seja -complete e seja redutível a no tempo , ainda é possível que sem qualquer contradição, porque a instância de pode ser maior que . L E X P T I M E L ′ N E X P T I M E L ′ L O ( n k ) L ∈ N T I M E ( 2 kEXPTIME=NEXPTIMELEXPTIMEL′NEXPTIMEL′LO(nk)LO(nk)L′L∈NTIME(2nk)LO(nk)L′
— 21715 Joe

Respostas:


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Eu acho que é mais fácil mudar isso.

Se , para alguma constante , e qualquer . Como não contém , isto significa que não podemos resolver, digamos todos os problemas em em para alguns . um algoritmo tempo não determinístico para um problema completo para sob reduções quase lineares seria suficiente para provarN T I M E ( T ( n ) ) ⊂ D T I M E ( ( T ( n ) ) c ) c T ( n ) > n D T I M E ( ( T ( n ) c )) D T I M E ( T ( n ) logP=NPNTIME(T(n))⊂DTIME((T(n))c)cT(n)>nDTIME((T(n)c)D T I M E ( 2 n ) N T I M E ( 2 ϵ n ) ϵ 2 o ( n ) D T I M E ( 2 n ) P ≠ N PDTIME(T(n)clog⁡T(n))⊂DTIME(T(n)c+1)DTIME(2n)NTIME(2ϵn)ϵ2o(n)DTIME(2n)P≠NP.


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Obrigado por dedicar um tempo para fornecer uma explicação mais breve de por que implica . P ≠ N PDTIME(2n)⊆NTIME(2o(n))P≠NP
— Michael Wehar

E, obrigado por apontar que o teorema da hierarquia de tempo determinístico ou não determinístico poderia ser usado. :)
— Michael Wehar

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Resposta simples: Para cada - h uma r d problema existe alguma constante c de tal forma que se poderia resolver o problema em N T I M E ( 2 S ( n 1EXPTIMEhardc, entãoP≠NP.NTIME(2o(n1c))P≠NP

Nota: A constante é proveniente das ampliações do tamanho da instância que resultam das reduções.c

Justificação: Let denotam um E X P T I H E - h uma r d problema. Isso significa que todos os problemas E X P T I M E é redutível em tempo polinomial para X . De fato, podemos mostrar mais.XEXPTIMEhardEXPTIMEX

O problema aceitação por tempo limitado máquinas de Turing determinísticos é em D T I M E ( n ⋅ 2 N ) ⊆ E X P T I H E e, portanto, é redutível tempo polinomial para X .2nDTIME(n⋅2n)⊆EXPTIMEX

Portanto, deve haver alguma constante fixa modo que todo problema em D T I M E ( 2 n ) seja polinomial redutível a X, onde o tamanho da instância é O ( n c ) . Ou seja, os casos de tamanho n são reduzidos para os casos de tamanho O ( n c ) para X .cDTIME(2n)XO(nc)O(nc)X

Agora, se tivéssemos , entãoDTIME(2n)⊆NTIME(2o(n)). No entanto, isso implicaP≠NP(veja detalhes abaixo).X∈NTIME(2o(n1c))DTIME(2n)⊆NTIME(2o(n))P≠NP

Detalhes adicionais: Pode-se mostrar que ⇔ ∃ c ' ∀ K N T I M E ( n k ) ⊆ D T I M E ( n c ' k ) .P=NP ⇔ ∃c′ ∀k NTIME(nk)⊆DTIME(nc′k)

Em outras palavras, se você pode resolver um - c o m p l e t e problema em tempo polinomial, então há uma maneira uniforme de acelerar qualquer problema em N P .NPcompleteNP

Agora, vamos supor que . Pelo anterior (com k = 1), obtemos uma constante c ′ tal que N T I M E ( n ) ⊆ D T I M E ( n c ' ) .P=NPkc′

NTIME(n)⊆DTIME(nc′).

Em seguida, podemos usar o preenchimento para aumentar essa inclusão e obter

NTIME(2n)⊆DTIME(2c′n).

Em seguida, pelo teorema de hierarquia de tempo determinista, temos para qualquer ε > 0 .

NTIME(2n)⊆DTIME(2c′n)⊊DTIME(2(c′+ϵ)n)
ϵ>0

Portanto, não podemos ter DTIME(2(c′+ϵ)n)⊆NTIME(2n).

Além disso, não poderíamos ter porque, preenchendo, obteríamos D T I M E ( 2 ( c ′ + ϵ ) n ) ⊆ N T I M E ( 2 S ( n ) ) .DTIME(2n)⊆NTIME(2o(n))DTIME(2(c′+ϵ)n)⊆NTIME(2o(n))

Além disso Pergunta: Alguém tem alguma exemplos simples de - c o m p l e t e problemas onde podemos facilmente determinar o tamanho da instância blow-up constante c ?EXPTIMEcompletec


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O problema aceitação para é por si só E X P T I M E -completo, isto é, a língua L = { ⟨ T , x , 1 m ⟩ } consistindo de DTM T que na entrada x aceitar dentro de 2 m etapas, porque cada língua L ' ∈ E X P T I M E tem algunsDTIME(2n)EXPTIMEL={⟨T,x,1m⟩}Tx2mL′∈EXPTIME que aceita x ∈ G ' em vez de 2 O ( | x | k ) ) de alguns k , de modo que a escolha adequada de m = O ( | x | k ) reduz G ' a G . Em particular, a constante ( c = 1 ) parece mostrar que a aceleração (ou seja, f ( n ) ) deve ser exponencial para mostrar P ≠ N PTx∈L′2O(|x|k))km=O(|x|k)L′Lc=1f(n)P≠NP, se você escolher esse idioma completo EXPTIME
— 21715 Joe

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@ JoeBebel Oi Joe, obrigado pelo comentário. Eu acho que é importante que você ainda considerado este problema . Aqui, podemos dizer mais do que apenas L ∈ N T I M E ( 2 o ( n ) ) implica P ≠ N P . Para esse problema artificial específico L , podemos dizer algo como para qualquer k , L ∈ N T I M E ( 2 nLL∈NTIME(2o(n))P≠NPLkimplicaNTIME(n)⊈DTIME(nk-ϵ)para todosϵ>0. L∈NTIME(2nk)NTIME(n)⊈DTIME(nk−ϵ)ϵ>0
— Michael Wehar 13/03/2015
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