可以在小于5的深度进行加法吗?


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使用进位前瞻算法,我们可以使用多项式大小深度为5(或4?)的电路系列来计算加法。有可能减小深度吗?我们是否可以使用多项式大小的电路系列来计算两个二进制数的加法,而该系列的深度要小于通过进位前瞻算法获得的深度?AC0

对于为2或3 的电路族的大小,是否存在任何超多项式下界?ACd0d

深度是指交替深度。


你能告诉我们你的名字吗?你是谁?在过去一个月左右的时间里,人们在这里创建新的用户名,询问问题,然后删除该用户名!
— Tayfun Pay

14
@Geekster,通常不需要人们创建帐户或使用其真实姓名(但是出于各种原因,鼓励这样做)。如果您对某件事有一般的担忧,请使用“ 理论计算机科学” Meta提出它。
— 卡夫

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这可以通过验证没有深度 AC电路可以为某个固定来计算两个位输入的位之和来强加于人。在每个深度处仅存在有限数量的布尔输入位布尔函数。40(m+1)mm
— mjqxxxx

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@mjqxxxx:当对固定的m进行强行强制时,如何在AC0电路上强制多项式大小约束?// OP:当前最佳电路深度是4还是5?
— 罗宾·科塔里

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@mjqxxxx:每个布尔函数都可以由深度电路计算。现在,假设您为固定m找到一个大小为s的电路。您如何判断是否每n 个电路就有c n个电路,其中c = s / m,或者是否只有2 ϵ n个电路,其中ϵ = (log s )/ m?根本没有办法从一个有限的例子中推断出渐近信息。2mscnnc=s/m2ϵnϵ=(log⁡s)/m
— EmilJeřábek支持Monica

Answers:


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根据Alexis Maciel和Denis Therien 小多数深度阈值电路中的定理3.1,确实存在一个用于计算两个数字相加的depth-3电路。

精确的结合是其中Δ 2 = Σ 2 ∩ Π 2是具有深度2问题甲ç 0电路与两个∨ ,∧门在顶部和Ñ Ç 0 1电路是Ñ Ç 0电路深度一(有关该符号的详细说明,请参见本文)。Δ2⋅NC10Δ2=Σ2∩Π2AC0∨,∧NC10NC0

主要的证明思想是:

  • 首先,表达先行进位电路NC0⋅Δ2⋅NC0
  • 接着,调用封闭性到写为Δ 2 ⋅ Ñ Ç 0Δ2Δ2⋅NC0
  • 最后,使用的事实(也证明在纸),其NC0⊂Δ1⋅NC10

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深度2电路需要指数大小来计算加法,因为深度2电路必须为DNF或CNF,并且很容易验证最小和最大项是否存在指数级。

警告:以下部分有故障。请参阅答案下的评论。

我计算的方式可以在深度3中进行加法。假设和b i是两个数字的第i个位,其中0是LSB的索引,而MSB是n。 aibii0n

让我们来计算的总和的个位,ş 我与先行进位的样子的标准方式:isi

si=ai⊕bi⊕ci

其中是XOR和Ç 我是进位计算为:⊕ci

ci=⋁j∣j<i(gj∧pj)

和意味着该Ĵ个位置“而生成”的进位:gjj

gj=(aj∧bj)

和意味着进会从传播Ĵ给我:pjji

pj=⋀k∣j<k<i(aj∨bj)

计算深度时,是深度2,而c i是深度3。虽然s i似乎是深度4或5,但实际上也只是深度3,因为它是对深度3电路的有界扇形计算,因此可以使用de-Morgan公式将顶部的两个级别向下推,同时将电路大小放大多项式。pjcisi


4
我不太看的深度如何界FANIN计算3个电路自动深度3.如果说,你写的为(c ^ 我 ∧ ¬ (一个我 ⊕ b 我))∨ (¬ Ç 我 ∧ (一个我 ⊕ b 我)),可以使所述第一间断的深度3电路⋁在上面,和第二间断的深度3电路⋀si(ci∧¬(ai⊕bi))∨(¬ci∧(ai⊕bi))⋁⋀在上面。我看不到如何在不增加深度的情况下向下推顶分离线,以解决这两部分中的连接类型之间的不匹配问题。可以通过指出也可以通过深度3电路以不同的方式来计算来补救...ci
— EmilJeřábek支持Monica 2012年

1
......与在上面。另一方面,所有深度为3的电路都有底部扇入,因此我将其称为深度2 1/2。⋀
— EmilJeřábek在2012年

1
很明显 我要指出的是,按照书面要求,您这里没有两个深度为电路的或,且运算符位于顶部。您有两个深度d电路的OR ,其中一个在顶部具有AND,另一个在顶部具有OR。我怀疑这样的电路通常能否转换为深度d。将多项式扇入AND和OR视为量词。你可以表达(∀ X 1 ∃ X 2 ... Q X d φ (X 1,... ,X d))∨ (∀ Xddd(∀x1∃x2…Qxdϕ(x1,…,xd))∨(∀x1∃x2…Qxdψ(x1,…,xd)) as a prenex formula with d quantifier blocks, but you need d+1 blocks to express...
— Emil Jeřábek supports Monica

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... the formula (∀x1∃x2…Qxdϕ(x1,…,xd))∨(∃x1∀x2…Q¯xdϕ(x1,…,xd)).
— Emil Jeřábek supports Monica

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For an explicit counterexample to the general principle, let fn(x1,…,xn) be a family of functions computable by ACd0 circuits with OR on the top requiring super-polynomial depth d circuits with AND on the top (e.g., Sipser functions). Then x0⊕fn do not have ACd0 circuits. Assume for contradiction that Cn(x0,…,xn) are such circuits, and that Cn has OR on the top (the other case is symmetric). By setting x0=1, we obtain ACd0 circuits for ¬fn with OR on the top, hence ACd0 circuits for fn with AND on the top, a contradiction.
— Emil Jeřábek supports Monica
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