理论计算机科学

理论计算机科学家和相关领域的研究人员的问答


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硬计数版本容易出现问题
维基百科提供了一些问题的示例,其中计数版本比较难,而决策版本比较容易。其中一些正在计算完美匹配,计算出 -SAT的解数和拓扑排序的数。222 还有其他重要的类别吗(例如格子,树木,数论等的例子)?是否存在此类问题的纲要? 中有许多类型的问题具有硬计数版本。#PPPP#P#P\#P 中是否存在一个比一般的二分法完全匹配更完全理解或更简单的自然问题的版本(请提供有关为什么更简单的详细信息,例如可证明地处于层次结构的最低级别等) (例如数论,晶格)或至少对于特定的简单二部图,其计数版本为 -hard?N C #PPPPñCNCNC#P#P\#P 来自点阵,多边形,点计数,数论的示例将不胜感激。

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任何计算挑战都可以转化为工作量证明吗?
加密货币挖矿的看似毫无意义的问题提出了有用的选择的问题,请参阅关于比特币,CST和MO的这些问题。我想知道是否存在一种算法,可以将几乎任何计算挑战数学(可以有效验证其解决方案)转换为另一个这样的挑战(用于工作量证明),从而 Ψ (C ^)CC\mathcal CΨ (Ç)Ψ(C)\Psi(\mathcal C) 函数使用某些(公共)随机序列随机化。[RΨΨ\Psi[Rrr 解决是典型地硬如解决。Ψ (Ç)Ψ(C)\Psi(\mathcal C)CC\mathcal C 如果溶液被发现为,然后溶液可有效地计算为原始的询问。Ψ (Ç)Ψ - 1(X )C ^XxxΨ (Ç)Ψ(C)\Psi(\mathcal C)Ψ− 1(x )Ψ−1(x)\Psi^{-1}(x)CC\mathcal C 知道的解决方案无助于找到的解决方案。 Ψ (C ^)CC\mathcal CΨ (Ç)Ψ(C)\Psi(\mathcal C) \;\:\: 4'(更新)。正如Noah在评论中指出的那样,应加强先前的条件,以要求预处理在解决也不应提供任何优势。 Ψ (C ^)CC\mathcal CΨ (Ç)Ψ(C)\Psi(\mathcal C) 这最后一个条件是必需的,以使没有人能因为他们知道的解而处于有利位置。使用此方法,人们可以提交他们想要解决的计算问题,而中央机构可以选择一些值得解决的问题(例如查找外星人与破解密码)。请注意,解决问题甚至需要一个星期的时间似乎也不是问题(我想那些外星人藏起来可能不太好;),因为这可能会为解决方案带来更大的回报。无论如何,这些主题与我的理论问题的解决无关,但是我当然很乐意在论坛上的评论中讨论它们。CC\mathcal C 可能的解决方案如下:将映射到,即解决和其他一些计算困难的挑战。这样做的一个问题是,知道的解决方案确实会使解决变得容易一些(难易程度取决于的难度)。另一个问题是比变得更加困难。Ç(ÇΨΨ\PsiCC\mathcal CÇ Ç Ψ (C ^)ħ 甲小号ħ - [R Ψ …

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谁引入了不确定性计算?
我有两个历史问题: 谁首先描述了不确定性计算? 我知道库克描述了NP完全问题,爱德蒙兹提出了P算法是“有效”或“良好”算法。 我搜索了这篇 Wikipedia文章,并略读了“关于算法的计算复杂性”,但找不到关于非确定性计算第一次讨论的参考。 第一次提到NP类是什么?是库克(Cook)的1971年论文吗?

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“几乎容易”的NP完全问题
我们可以说,如果存在一种可以在几乎所有输入上正确确定L的多项式时间算法,则语言LLL是P密度封闭的。LLL A∈A∈A\in LΔALΔAL\Delta A甲大号大号limn→∞|(LΔA)∩{0,1}n|2n=0.limn→∞|(LΔA)∩{0,1}n|2n=0.\lim_{n\rightarrow\infty} \frac{|(L\Delta A) \cap \{0,1\}^n|}{2^n}=0.AAALLLLLL 注意,不必稀疏。例如,如果它具有 位字符串,则它仍将消失(以指数速率),因为。2 Ñ / 2 Ñ 2 Ñ / 2 / 2 Ñ = 2 - ñ / 2LΔALΔAL\Delta A2n/22n/22^{n/2} nnn2n/2/2n=2−n/22n/2/2n=2−n/22^{n/2}/2^n=2^{-n/2} 根据上面的定义,不难(人工地)构造为P-密度接近的NP-完全问题 。例如,令为任何NP完全语言,并定义。然后保留NP完整性,但最多具有位yes-instances。因此,对每个输入都回答“否”的简单算法将在几乎所有输入上正确地确定。它只会在n位输入的\ leq 1-2 ^ {-n / 2}小数上出错。LLL大号2L2={xx|x∈L}L2={xx|x∈L}L^2=\{xx\,|\, x\in L\}L2L2L^22n/22n/22^{n/2} nnnL2L2L^2≤1−2−n/2≤1−2−n/2\leq 1-2^{-n/2}nnn 另一方面,如果所有 NP完全问题都是P密度接近的,那将是非常令人惊讶的 。从某种意义上讲,这意味着所有NP完全问题几乎都是容易的。这激发了一个问题: 假设P NP,哪些是 自然的NP完全问题而不是 P密度接近?≠≠\neq

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在对数空间中识别回文症需要多少时间?
众所周知,回文可以在磁带Turing机器上以线性时间识别,而在单磁带Turing机器上则无法识别(在这种情况下,所需时间是二次的)。线性时间算法使用输入的副本,因此也使用线性空间。222 我们是否可以仅使用对数空间在多带图灵机的线性时间内识别回文?更普遍的说,回文法已知哪种时空权衡?

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是否需要调用
爪是。一个简单的算法将在时间内检测出一个爪子。可以在,其中是快速矩阵乘法的指数,如下所示:对每个顶点取诱导的子图,并在其中找到一个三角形它的补充。 ø (Ñ 4)ø (Ñ ω + 1)ω Ñ [ v ] vK1,3K1,3K_{1,3}O(n4)O(n4)O(n^4)O(nω+1)O(nω+1)O(n^{\omega+1})ωω\omegaN[v]N[v]N[v]vvv 据我所知,这些基本算法只是已知的。Spinrad在他的书“有效的图形表示”中列出了在时间内对爪子的检测作为一个开放问题(8.3,第103页)。对于下限,我们知道 -时间算法将隐含 -时间算法来查找三角形。因此,我们可以将\ Omega(n ^ \ omega)视为下限。o(nω+1)o(nω+1)o(n^{\omega+1})O(nc)O(nc)O(n^c)Ω (Ñ ω)O(nmax(c,2))O(nmax(c,2))O(n^{\max{(c,2)}})Ω(nω)Ω(nω)\Omega(n^\omega) 题: 在这方面有什么进展吗?还是在证明这是不可能的任何进展? O(n ^ {\ omega + 1})时间算法是否还有其他最佳的自然问题?O(nω+1)O(nω+1)O(n^{\omega+1}) 备注: 我明确要求检测爪子,而不是识别无爪图。尽管算法通常可以同时解决这两种情况,但很少有例外。 在算法与理论计算机科学手册中声称可以在线性时间内找到它,但这只是一个错字(请参阅“有效的图形表示”)。

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EXPTIME完全问题的非确定性算法暗示速度有多快?
EXPTIME完全问题的非确定性算法暗示速度有多快?多项式时间不确定性算法将立即暗示这一点,因为但。如果我正确完成了代数运算(请参见下文),那么对于任何超多项式f(\ cdot),O(2 ^ n / f(n))的运行时间,时间层次定理仍将给出P \ neq NP蕴涵,但对于我所知道的所有问题都存在有效减少的全部问题,这些问题允许较慢的算法给出结果。是否存在EXPTIME完全问题,我们知道2 ^ n / n或2 ^ n / n ^ 2P ≠ N PP≠NPP \neq NPP≠EXPTIMEP≠EXPTIMEP \neq EXPTIMENP=EXPTIMENP=EXPTIMENP = EXPTIMEP≠NPP≠NPP \neq NPO(2n/f(n))O(2n/f(n))O(2^n/f(n))f(⋅)f(⋅)f(\cdot)2n/n2n/n2^n/n2n/n22n/n22^n/n^2 具有不确定性就足够了吗? 对“代数”的澄清:P=NPP=NPP = NP表示通过填充参数获得EXPTIME=NEXPTIMEEXPTIME=NEXPTIMEEXPTIME=NEXPTIME,因此针对EXPTIME完全问题的不确定2n/f(n)2n/f(n)2^n/f(n)算法也将是NEXPTIME完全问题的一种。对于超多项式f(⋅)f(⋅)f(\cdot)这将与不确定的时间层次定理矛盾,因为我们可以L∈L∈L \in NTIME (2 ^ n)中使用一些L \来减少(2n)(2n)(2^n)。

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使用Kolmogorov复杂度作为输入“大小”
假设我们有一个计算问题,例如3-SAT,它具有一组问题实例(可能的输入)。通常,在分析算法或计算复杂性理论时,我们有一些集合 ,所有长度为输入,以及一个函数,该函数给出某些求解算法在输入上的运行时间。那么 ,的最坏情况运行时间序列为SSSI(n)={w∈S:|w|=n}I(n)={w∈S:|w|=n}I(n) = \{w \in S : |w| = n\}nnnT(w)T(w)T(w)AAAwwwAAAfn=maxw∈I(n)T(w).fn=maxw∈I(n)T(w). f_n = \max_{w \in I(n)} T(w). 现在让我们定义 具有Kolmogorov复杂度n的所有输入的集合 I ^ K(n)= \ {w \ in S:K(w)= n \},让我们定义序列 f ^ K_n = \ frac {1 } {\ left | I ^ K(n)\ right |} \ sum_ {w \ in …


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是否存在一致且图灵完成的类型化lambda演算?
是否存在类型化的Lambda演算,其中Curry-Howard对应关系下的相应逻辑是一致的,并且每个可计算函数都有可键入的Lambda表达式? 公认地,这是一个不精确的问题,缺少“类型化λ演算”的精确定义。我基本上想知道是否有(a)此方面的已知示例,或(b)该领域中某些事物的已知不可能证明。 编辑:@cody在下面的回答中给出了此问题的精确版本:是否存在一个逻辑上纯的类型系统(LPTS),该系统是一致的并且图灵完整的(在下面定义的意义上)?

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和常规语言之间
令为所有常规语言的类。ř Ë ģREG\mathsf{REG} 已知和。但是\ mathsf {AC} ^ 0 \ cap \ mathsf {REG}中的语言是否有任何表征?ř Ë ģ ⊄甲Ç 0 甲Ç一ç0⊄ ř Ë ģAC0⊄REG\mathsf{AC}^0 \not\subset \mathsf{REG}ř Ë ģ ⊄甲Ç0REG⊄AC0\mathsf{REG} \not\subset \mathsf{AC}^0一ç0∩ ř Ë ģAC0∩REG\mathsf{AC}^0 \cap \mathsf{REG}

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我们可以多快计算一个集合族的集合包含条件?
给定一组家庭FF\mathcal{F}宇宙的子集的UUU。让S1,S2∈FS1,S2∈FS_1,S_2 \in \mathcal F,我们想答案是S1⊆S2S1⊆S2S_1 \subseteq S_2。 我正在寻找一种数据结构,可以使我快速回答这一问题。我的应用程序来自图论,我想查看删除顶点及其邻域是否会留下任何孤立的顶点,并针对每个顶点列出它留下的所有孤立的顶点。 我想创建完整的球型或最终创建|F|2|F|2|\mathcal{F}|^2表,其中存储true或false准确地告诉您哪些集合是彼此的子集。 让m=∑S∈F|S|m=∑S∈F|S|m = \sum_{S\in \mathcal{F}} |S|,u=|U|u=|U|u = |U|和n=|F|n=|F|n = |\mathcal{F}|中,假定u,n≤mu,n≤mu,n \leq m 我们可以生成n×un×un \times u在容纳基质(二分图)O(un)O(un)O(un)的时间,然后可以创建所有的表n2n2n^2在比较O(nm)O(nm)O(nm)通过对每个设定时间S∈FS∈FS \in \mathcal{F},遍历所有所有其它组的元素和标记组为不的一个子集SSS,如果他们的元件不处于SSS。总计O(nm)O(nm)O(nm)时间。 我们可以更快地做任何事情吗?特别是O((n+u)2)O((n+u)2)O((n+u)^2)时间是否可能? 我找到了一些相关文章: 一种计算子集偏序的简单亚二次算法(1995) ,给出了Ô (米2/升ø克(米))O(m2/log(m))O(m^2 / log(m))算法。 子集偏序:计算和组合略有改进,但还声称上述论文解决了ø (米d)O(md)O(md)时间的问题,其中ddd是共享公共元素的最大集合数,但我无法理解该结果。 在文章之间O (n 米)O(nm)O(nm)和Ø (ñα)O(nα)O(n^{\alpha})作者展示如何在曲线图通过使用矩阵乘法删除顶点的闭邻域后发现连接的组件。通过查找运行时间为所有单调分量,可以将其用于计算集合包含姿态O ((n + u )2.79)O((n+u)2.79)O((n+u)^{2.79})。 这个论坛的讨论也与之相关:检查集合包含的最快方法是 什么? 这意味着的下界Ø (ñ2 − ϵ)O(n2−ϵ)O(n^{2-\epsilon})。

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NP关于结构特性的完整图问题
此问题是从计算机科学堆栈交换迁移而来的,因为可以在理论计算机科学堆栈交换中回答。 迁移 6年前。 (这个问题有点“调查”。) 我目前正在研究一个问题,我试图将锦标赛的边缘分成两组,而这两组都必须具备某些结构特性。这个问题“感到”很困难,我完全希望它是 -complete。出于某种原因,我什至在文学中也发现了类似的问题。NPNP\mathcal{NP} 我认为与我正在处理的问题相当的一个示例: 给定一个加权锦标赛,是否在设置了一个反馈弧,该弧的边满足三角不等式?G=(V,E,w)G=(V,E,w)G = (V,E,w)GGG 请注意与传统反馈弧集问题的区别:我不在乎集合的大小,但我确实在乎集合本身是否具有一定的结构特性。 您是否遇到过类似的决策问题?您还记得它们是完整的还是?任何和所有帮助表示赞赏。NPNP\mathcal{NP}PP\mathcal{P}

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有界深度概率分布
关于有限深度计算的两个相关问题: 1)假设您以n位开始,并且以位i开始可以独立于0或1,并且概率为p(i)。(如果使问题更简单,我们可以假定所有p(i)均为0,1或1/2。甚至都是1/2。) 现在,您需要进行无数次的计算。在每个回合中,您对不相交的位集应用可逆的经典门。(修复您最喜欢的一组通用经典可逆门。) 最后,您将获得n位字符串上的概率分布。是否有限制这种分布的结果? 我正在寻找类似于Hastad交换引理,Boppana的结果,即总影响较小或LMN定理。 2)与1)相同的问题,但具有有限深度量子电路。

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