确定单调CNF是否暗含单调DNF的问题


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考虑以下决策问题

输入:一个单调CNF Φ和单调DNF。Ψ

问题: 是重言式吗?ΦΨ

绝对可以在 -time中解决此问题,其中是的变量数, 而是输入的长度。另一方面,此问题是coNP完全的。此外,建立coNP完整性的简化也表明,除非SETH失败,否则没有 时间算法(这适用于任何正)。这是减少。令为(非单调)CNF,令为其变量。用替换的每个正出现Ø2ñpØÿñΦΨØ21个/2-εñpØÿε一种XXÿ的每个负出现。对每个变量执行相同的操作。让所得的单调CNF为。很容易看出,如果不是重言式,那么是可以满足的。这种减少使变量的数量增加了2倍,这意味着上面提到的(基于SETH)的下限。XžΦ一种Φÿž2ñ/2

因此,在与 time 之间有一个间隔。我的问题是,是否已知有更好的算法或从SETH中得到更好的减少?2ñ/22ñ

看似与该问题有关的仅两句话:

  • 一个单调的DNF是否暗示单调的CNF在多项式时间内可以简单解决的反问题。

  • 有趣的是, 由于Fredman和Khachiyan的缘故,可以在准多项式时间内解决确定和是否计算相同函数的问题(关于单调析取范式的对偶复杂性,Journal of Algorithms 21(1996),no 。3,第618–628页,doi:10.1006 / jagm.1996.0062ΨΦΨ

Answers:


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假设SETH,问题是不及时可解对于任何ε > 0O(2(1ϵ)npoly(l))ϵ>0


首先,让我证明这是真的为更普遍的问题,其中Ψ可以是任意的单调的公式。在这种情况下,从TAUT到保留变量数量的问题的折时CTT减少了。令T n tx 0x n 1表示阈值函数 T n tx 0x n 1= 1ΦΨTtn(x0,,xn1) 使用Ajtai-Komlós-Szemerédi排序网络,Ť Ñ 可通过多项式大小单调式被写入,在constructible时间pÖýÑ

Ttn(x0,,xn1)=1|{i<n:xi=1}|t.
Ttnpoly(n)

给定一个布尔公式,我们可以使用德摩根规则,把它写在表格φ 'X 0... X ñ - 1¬ X 0... ¬ X n 1 其中ϕ '是单调的。然后 ϕ x 0x n ϕ(x0,,xn1)

ϕ(x0,,xn1,¬x0,,¬xn1),
ϕ是重言式,当且仅当单调含义 T n t x 0 x n 1 ϕ ' x 0 x n 1 N 0 N n 1 是有效的,每ñ,其中 ñ = Ť ñ - 1ϕX0Xñ-1个
ŤŤñX0Xñ-1个ϕX0Xñ-1个ñ0ññ-1个
Ťñ
ñ一世=ŤŤñ-1个X0X一世-1个X一世+1个Xñ-1个

对于从左到右的含义,令为满足T n t的分配,即至少t个。存在è 'é与准确牛逼的。然后è 'ñ ¬ X ,从而È 'φ意味着ë 'φ 'X 0... X Ñ - 1Ñ 0...ËŤŤñŤËËŤËñ一世¬X一世Ëϕ。由于这是一个单调公式,我们也有 Ë φ 'X 0... X Ñ - 1Ñ 0... Ñ Ñ - 1。从右到左的含义相似。ËϕX0Xñ-1个ñ0ññ-1个ËϕX0Xñ-1个ñ0ññ-1个


现在,让我回到原来的问题。我将说明以下情况:如果问题是在时间上可解,那么对于任何ķķ -DNF-TAUT(或双重,ķ -SAT)在时间上是可解的2 δ Ñ + O 2δñpØÿķķķ。这意味着δ1,如果SETH成立。2δñ+Øķñ日志ñpØÿδ1个

所以,假设我们给出一个 -DNF φ = < Ĵ X ĴĴ ¬ X Ĵ 其中| 一个| + | | ķ每个。我们分裂Ñ变量分为Ñ ' = ñ / b的块大小的b 听,说:ķ

ϕ=一世<Ĵ一种一世XĴĴ一世¬XĴ
|一种一世|+|一世|ķ一世ññ=ñ/b个。由相同的参数作为以上,φ是同义反复当且仅当影响 û < Ñ ' Ť b ùX b ü... X b Ú + 1 - 1→交通< Ĵ X ĴĴ ñbķ-1个ñ日志ñϕ
ü<ñŤŤübXbüXbü+1个-1个一世<Ĵ一种一世XĴĴ一世ñĴ
ñŤ0Ťñ-1个[0b]Ĵ=bü+Ĵ0Ĵ<b
ñĴ=ŤŤüb-1个XbüXbü+Ĵ-1个Xbü+Ĵ+1个Xbü+1个-1个
ŤŤbØ2bØñ2bñĴ作为大小为的单调DNFØ2b。因此,使用分布性,RHS的每个析取项可以写为大小为单调的DNFØ2ķb,并且整个RHS都是DNF大小 Ø2ķb。它遵循 是我们尺寸问题的一个实例 Ø2Øķbñ变量。通过假设,我们可能会及时检查其有效性Ø2δñ+ØķbØ1个。我们对所有重复此检查bñ 选择 Ť,因此总时间为
Øb+1个ñ/b2δñ+ØķbØ1个=Ø2δñ+Øķñ日志ñØ1个
如所声称的。

通过考虑问题的有界宽度版本,我们与(S)ETH有了更紧密的联系:对于任何 ķ3,让 ķ-MonImp表示问题的限制,其中 Φ 是一个 ķ-CNF,以及 Ψ 是一个 ķ-DNF。(S)ETH关注常数

sk=inf{δ:k-SATDTIME(2δn)},s=sup{sk:k3}.
Likewise, let us define
sk=inf{δ:k-MonImpDTIME(2δn)},s=sup{sk:k3}.
Clearly,
s3s4s1
as in the SAT case. We also have
sksk,
and the double-variable reduction in the question shows
sk2sk.
现在,如果我们将上述构造应用于恒定块大小 b, 我们获得
sķsbķ+日志b+1个b
因此
s=s
特别地,SETH等价于 s=1个,并且ETH等效于 sķ>0 对所有人 ķ3

谢谢您的回答!我很好奇是否有可能ΦΨ在这个建筑中不断深入吗?即,我不知道亚指数大小的恒定深度单调布尔型公式(甚至非单调电路)是否已知Ťķñ(特别是对于多数人)?当然有一个2ñΩ1个/d 深度下限d,但是, 2ñ 大小就可以了。
Sasha Kozachinskiy

Ťķñ,并且通常可由多项式大小的公式计算得出的任何值(即,在NC ^ 1中)具有深度-d 电路尺寸 2ñØ1个/d。参见例如cstheory.stackexchange.com/q/14700。我将不得不考虑是否可以使它们单调,但这听起来似乎是合理的。
EmilJeřábek在18:52支持Monica

好。首先,通用构造在单调设置中工作良好:如果函数具有多尺寸的单调公式,则其深度d 大小的单调电路 2ñØ1个/dpØÿñ 对于任何 d2。其次,Ťķñ 具体来说,构造单调深度很容易-3 电路尺寸 2Øñ日志ñ 通过将输入分成大小块 Θñ日志ñ
EmilJeřábek支持Monica 18'9

实际上,多推这个想法,它确实为原始问题提供了答案:假设SETH,下限已经满足 Φ 单调CNF和 Ψ单调DNF。我稍后再写。
EmilJeřábek

我猜你可以将所有变量分为 ñX1个Xñ 然后写 Ťķ1个ñX1个ŤķññXñϕ 每个 ķ1个++ķññ。您可以使用2ñ每个阈值函数的CNF大小。但是,在右侧,您将没有DNF而是3深度公式...
Sasha Kozachinskiy
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