同时计算n个输入位的AND和OR所需的二进制门数


16

同时计算输入位的AND和OR所需的最小数量的二进制门是多少?微小的上限是。我认为这是最佳选择,但是如何证明这一点呢?标准选通消除技术在这里不起作用,因为通过为任何输入变量分配一个常量可以使输出之一微不足道。2 n − 2n2n−2

该问题在Ingo Wegener的“布尔函数的复杂性”一书中以练习5.12的形式给出了稍有不同的形式:“让。通过消除方法,人们只能证明大小为下界。请尝试证明更大的下界。” Ñ + Ω (1 )fn(x)=x1…xn∨x¯1…x¯nn+Ω(1)


1
@Ryan:问题不是关于OR的AND ,而是关于AND 和 OR。我不知道萨沙问题的答案。
— 伊藤刚(Tsuyoshi Ito)

1
@TsuyoshiIto谢谢,以某种方式我设法不正确地解析它。这绝对是一个不平凡的问题-人们可以想象使用其他类型的门来获得的优势。2n−2
— 瑞安·威廉姆斯

2
@Sasha,您是否尝试过将SAT解算器应用于一些较小的示例(如),就像您之前的一些论文一样?n=4
— 瑞安·威廉姆斯

2
@Ryan是的,可以。我们知道的是,,C ^ 4 = 5,c ^ 5 ≤ 7。这是针对本书中的功能的(如果所有n个输入位都相等,则为1)。增长为2 n - 3。和尺寸的电路2 Ñ - 3很容易构建体:第一计算X 我 ≡ X 我+ 1对于所有我= 1 ,... 1((C3=3C4=5C5≤71n2n−32n−3xi≡xi+1i=1,…,n−1门),然后计算它们(的结合(Ñ - 2 )门)。(n−1)(n−2)
— 亚历山大·库里科夫

1
@Tsuyoshi:我认为栅极萨莎的功能是问题的第二函数(˚F Ñ(X )= X 1 ... X Ñ ∨ ˉ X 1 ... ˉ X Ñ),其能够与内置ñ - 1个 XNOR门(施加到X 我,X 我+ 1)和ñ - 2与门施加到XNORs。2n−3fn(x)=x1…xn∨x¯1…x¯nn−1xi,xi+1n−2
— Marzio De Biasi

Answers:


14

Blum&Seysen的这篇论文可能有用:

N.Blum,M.Seysen。 同时计算AND和NOR的所有最优网络的特征。Acta Inf。21:171-181(1984)

我以为,对于 2 ñ - ç下界可以使用百隆&Seysen的方法获得,但似乎不是这种情况。x1…xn∨x¯1…x¯n 2n−c


1
是否有Blum和Seysen论文的公开pdf版本?
— Marzio De Biasi

@Vladimir,谢谢您的参考!找到文章时,我将尝试检查其方法在这种情况下是否适用。
— 亚历山大·库里科夫

3
@弗拉基米尔,再次感谢!实际上,本文甚至包含了我的问题anv的确切答案:它说要同时计算AND和OR,一个人需要而任何这种大小的电路都将独立计算AND和OR (这很有趣!)。它也不难证明Ç (˚F Ñ)≥ Ç (甲Ñ d ,ö - [R )- c ^ ≥ 2 Ñ - Ç '。2n−2C(fn)≥C(AND,OR)−c≥2n−c′
— 亚历山大·库里科夫

@Sasha,是的,我错过了这个简单的结构。为了澄清的事情,在报纸上和NOR功能考虑,所以对于AND和OR我们得到通过改变一个门和下限X 1 ... X ñ ∨ ˉ X 1 ... ˉ X ñ --- 2 n − 52n−2x1…xn∨x¯1…x¯n2n−5
— 弗拉基米尔·利西科夫

1
提醒一下@SashaK。如果您喜欢答案,请单击投票计数下方的对勾标记,以“接受”答案。
— Suresh Venkat

3

您的问题与一个众所周知的问题有关,即使用最少的比较数同时计算列表的最小值和最大值。在这种情况下,答案是3⌊n/2⌋。

证明上限的聪明算法会将您转换为具有相同上限的AND / OR电路,因为其中一项比较会计算最小值和最大值。

但是,至少在单调电路的情况下(由于“与”或“或”电路转换为最大/最小算法),下限(由对手自变量给出)似乎确实可以转换。这将意味着一个下界3⌊n/2⌋。通过分析对手的论点也许可以得到一个严格的下限。

上限出现在“算法简介”中,在这里您还可以找到简单的参数,表明最大/最小比较器电路有效,前提是它们适用于布尔输入(使用适当的阈值)。下限可以在这里找到。


2
请注意,在Sasha的问题中,所有2位布尔函数都可用于构造电路。
— 瑞安·威廉姆斯

是的,尚不清楚如何将下限转换为所有二进制函数的情况。
— 亚历山大·库里科夫
By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.