在多项式时间内可以准确或近似地求解什么类型的数学程序?


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我对连续优化文献和TCS文献感到困惑,因为它们无法有效解决哪些类型的(连续)数学程序(MP)。连续优化社区似乎声称可以有效解决所有凸程序,但我认为它们的“有效”定义与TCS定义不一致。

在过去的几年中,这个问题一直困扰着我,我似乎找不到一个明确的答案。我希望您能帮助我一劳永逸地解决这一问题:哪些类的MP可以在多项式时间内准确地求解,以及采用哪种方式;关于逼近我们在多项式时间内无法精确求解的MP的最优解的已知信息?

在下面,我对这个问题给出了不完整的答案,在某些地方也可能是不正确的,因此希望您能在我错的地方验证并纠正我。它还说明了一些我无法回答的问题。

我们都知道,通过运行椭球法或内点法,然后运行一些舍入过程,可以在多项式时间内精确地求解线性规划。线性规划甚至可以在面对具有任何超大量线性约束的LP系列时,通过变量数量的时间多项式求解,只要可以为其提供“分离预言”即可:给出一个点的算法,要么确定该点是否可行,要么输出一个将该点与可行点的多面体分开的超平面。类似地,如果面对具有任何超大量变量的LP系列,则对约束数量的时间多项式进行线性编程(如果为这些LP的对偶提供分离算法)。

如果目标函数中的矩阵是正(半)定的,则椭球法还能够在多项式时间内求解二次程序。我怀疑通过使用分离oracle技巧,如果我们要处理数量惊人的约束,在某些情况下我们也可以这样做。真的吗?

最近,半定型编程(SDP)在TCS社区中广受欢迎。可以使用内点法或椭球法将它们求解到任意精度。我认为,由于不能精确计算平方根的问题,所以不能完全解决SDP。(?)如果我说SDP有FPTAS,那会是正确的吗?我在任何地方都没有看到该说明,因此可能不正确。但为什么?

我们可以精确地解决LP和SDP的问题,达到任意精度。其他圆锥程序类别呢?我们可以使用椭球法求解任意精度的二阶锥程序吗?我不知道。

我们可以在哪些MP类上使用椭球法?这样的MP需要满足什么性质才能给出任意精度的答案?为了获得多项式时间的精确解,我们还需要什么其他性质?内点法也有同样的问题。

哦,最后,是什么导致连续优化器说凸程序可以有效地求解?是否可以在多项式时间内找到对凸程序的任意精度答案?我相信不会,那么它们对“效率”的定义在哪些方面与我们的定义不同?

任何贡献表示赞赏!提前致谢。


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这个问题的标题过于广泛。您似乎真正想知道的是,凸程序是否真的可以在多项式时间内求解。
Peter Shor

第二。巴特,也许您可​​以将事情分解为特定的问题?
Suresh Venkat

彼得和苏雷什,感谢您的建议。从我写的文章中可以得出结论,我不仅对凸程序是否可以在多次时间内求解或近似的问题感兴趣。我基本上对椭球法和内点法的局限性感兴趣,我希望有人确切地知道他们有效地工作的MP类。我之所以这样问,是因为目前关于它的文献尚不清楚(对我而言)。
巴特

就个人而言,我认为最好在一个地方对此做一个很好的概述(例如作为对此stackexchange问​​题的答案)。对我来说,这似乎是一个非常连贯的问题。但是,由于我是Stackexchannge的新手,所以我对这里的文化和道德规范不熟悉..因此,如果您坚持要求,我将尝试找出如何将该问题分解为多个较小的问题。
巴特

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我认为这个问题的范围太宽泛,无法给出答案。椭球法和内点法的极限将是一个好问题,凸程序可以做什么是一个好问题,但是如果您不指定算法类型或程序类型,则基本上是在问以获得答案中连续优化整个领域的摘要,这几乎是不可能的。这不是一个小领域。但是,如果您将问题原样保留,则很有可能会得到另一个很好的部分答案。
Peter Shor

Answers:


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我可以回答这一部分:

如果我说有用于SDP的FPTAS,那会是正确的吗?我在任何地方都没有看到该说明,因此可能不正确。但为什么?

该说法是正确的,但我们并不经常看到它,因为有一个更强的说法比这个较弱的说法更重要。

FPTAS是多项式时间算法,在给定一个问题和一个精度参数1 k的情况下,该算法会输出(1 + 1 / k)近似解。

但是对于SDP,椭球法和内点法提供了多项式时间算法,该算法在给出问题和精度参数1 k的情况下输出(1 + 2 - k)近似解。请注意,逼近因子比FPTAS所需的要好得多。


由于椭球法和内点法需要在多项式时间内运行的其他条件,因此需要更多注意。
冈本佳夫

谢谢您,刚!吉男,你能澄清一下你的意思吗?您真的是说特定的SDP上有条件吗,否则SDP不能像多时制那样近似吗?在那种情况下,这令我感到惊讶,我会对了解这些情况感兴趣。谢谢。
巴特

@Bart:例如,如果您查看Lovasz cs.elte.hu/~lovasz/semidef.ps的讲义,您会发现定理3.7(第19页)讨论了椭圆方法用于凸面最小化的运行时界。 。在那里,施加了一些技术假设。
冈本

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[R[R日志[R/[R

非常感谢。这回答了我大部分的问题。对于理论计算机科学家来说,这些知识似乎是非常有用的工具,但在我看来,它一点都不为人所知,并且几乎没有记载。奇怪的。
巴特

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