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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关于/反对P的电路复杂度的Kolmogorov猜想的争论
根据(未经验证的)历史记录,Kolmogorov认为中的每种语言都具有线性电路复杂性。(请参见前面的问题Kolmogorov的猜想,即具有线性大小的电路。)请注意,这意味着。P P ≠ N PPP\mathsf{P}PPPP≠NPP≠NP\mathsf{P}\neq \mathsf{NP} 然而,人们认为柯尔莫哥洛夫的猜想可能会失败。例如,赖安·威廉姆斯(Ryan Williams)在最近的一篇论文中写道: “这个猜想如果是真的,将是令人惊讶的。对于语言,需要 时间,这种问题的复杂性似乎不太可能会神奇地缩小到大小,只是因为可以为每个输入长度设计不同的电路。”Ñ 100 100 ø (Ñ )PP\mathsf{P}n100100n100100n^{100^{100}}O(n)O(n)O(n) 另一方面,安德烈·科莫哥洛夫(Andrey Kolmogorov,1903-1987年)被公认为20世纪最主要的数学家之一。很难想象他会提出一个完全荒谬的猜想。因此,为了更好地理解它,我试图找到一些可能实际上支持他令人惊讶的猜测的论点。这是我能想到的: 假设。然后我们可以在\ mathsf {P}中选择一种语言L \,使得L在均匀模型和非均匀模型中都具有超线性复杂度。然后有两种可能性:P⊈SIZE(lin)P⊈SIZE(lin)\mathsf{P}\not\subseteq \mathsf{SIZE}(lin)大号L∈PL∈PL\in \mathsf{P}LLL 有一个已知的 接受L的显式算法(Turing machine)。据此,我们可以构造一个必须具有超线性电路复杂性的显式函数族。但是,这可能被认为是不太可能的,因为在60多年来对电路的深入研究中,没有人能找到这样的例子。LLL L没有已知的显式算法。例如,它的存在是通过非建设性手段,例如“选择公理”来证明的。或者,即使存在显式算法,也没有人能够找到它。但是,假设存在无限多种语言可以扮演L的角色,那么它们也不大可能都以这种不友好的方式表现。LLLLLL 但是,如果我们认为这两种选择都不大可能,唯一剩下的可能性就是这样的LLL不存在。这意味着 P⊆SIZE(lin)P⊆SIZE(lin)\mathsf{P}\subseteq \mathsf{SIZE}(lin),恰恰是Kolmogorov的猜想。 问题:您能想到关于/反对科尔莫哥罗夫猜想的其他论点吗?

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本身“嵌入”一种语言
主要/一般问题 令LLL为语言。定义语言LiLiL_i与L0=LL0=LL_0 = L和 Li={xwy:xy∈Li−1,w∈L}Li={xwy:xy∈Li−1,w∈L}L_i = \{xwy : xy \in L_{i-1}, w \in L\} 为i≥1i≥1i \geq 1。考虑。因此,我们反复将嵌入到自身中以获得。L^=⋃LiL^=⋃Li\hat{L} = \bigcup L_i大号LLLL^L^\hat{L} 是否已研究?它有名字吗?L^L^\hat{L} 例子/动机 根据此处评论的要求,有一些示例可以更好地说明是什么。然后,由于到目前为止(似乎没有人)似乎没有看到这个概念,因此我将讨论研究它的动机。L^L^\hat{L} 克劳斯·德拉格(Klaus Draeger)击败了我,添加了一些例子。我将在此处的注释中添加这些示例,以提高可见度,因为它们是很好的示例。 如果是一元语言,则大号 = 大号+LLLL^=L+L^=L+\hat{L} = L^+(因此是常规的)。 如果,则是Dyck语言。大号L=abL=abL = {ab}L^L^\hat{L} 这是思考的另一种方法。给定一个语言过字母表我们打下面的游戏。我们通过重复删除字来尝试将的减少为空字符串。(在这里,我们需要稍微小心一点,如何处理空字符串本身,以确保它等同于上面的定义,但这在道德上是正确的。)L^L^\hat{L}LLLAAAw∈A∗w∈A∗w \in A^*wwwϵϵ\epsilonLLL 最初,我通过考虑删除单词的幂来定义。取为二进制字母的多维数据集的语言。然后我们可以考虑以下“ -deletion”大号={瓦特3:瓦特∈甲*}甲={一个,b}一个一个一个b一个一个b一个一个bb一个b一个b∈大号大号L^L^\hat{L}L={w3:w∈A∗}L={w3:w∈A∗}L = \{w^3 : w \in A^*\}A={a,b}A={a,b}A = \{a,b\}aaabaabaabbabab∈L^aaabaabaabbabab∈L^aaabaabaabbabab \in \hat{L}LLL a(aabaabaab)babab→ababab→ϵ.a(aabaabaab)babab→ababab→ϵ.a(aabaabaab)babab \to …

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可逆(r-Turing可计算)函数的Lambda演算
我对Axelsen和Glück(2011)定义的“ r-Turing完整性”的概念感兴趣。如果系统可以计算出与可逆图灵机相同的功能集,而又不产生任何“垃圾”数据,则表示该系统已完成。这与能够计算(a)可计算和(b)内射式的每个函数相同。 我想以计算方式探索可计算内射函数的空间。为了做到这一点,我正在寻找“最小的”可逆编程语言-某种可以在r-Turing可计算性中扮演与lambda演算在Turing可计算性中扮演的角色相同的角色。 我知道人们已经开发出许多可逆语言,并证明它们是r-Turing完整的。但是,在开发这些程序时会考虑到实际应用,因此,他们的作者专注于为它们提供表达功能,而不是使它们最小化。 有谁知道是否已经描述了这种最小的可逆语言,或者是否有任何针对这种方向的研究?我对这个主题的文献还很陌生,所以我很容易错过它。或者,是否有人对如何创建这种语言有任何见解? 以下是我要寻找的摘要。我不知道是否可以通过修改lambda微积分本身来创建它,或者是否必须使用完全不同类型的语言。 r-Turing完整语言-计算所有可计算的可逆函数,并且只能计算可逆函数 语法和语义尽可能少。(例如,Lambda演算仅具有函数定义和应用程序,而没有其他功能。)尽管语法或语义可以与Lambda演算的语法或语义相关,但它们不一定是必需的。 程序=数据。即,程序对表达式而不是任何其他种类的数据进行操作。这样可以保证程序的输出始终可以解释为程序。这可能意味着它必须是一种实用的语言,而不是命令式的语言。 有一些系统的方法可以将程序转换为逆运算,而实际上执行逆运算所涉及的运算并不多。(并非所有可逆语言都具有此属性,但有些属性具有。) 我应该强调一点,由于Bennett,Axelsen和Glück的可逆计算方法与众所周知的方法大不相同,在Bennett中,通过返回有关计算历史记录的一些信息以及输出使(通常是不可逆的)程序可逆。r-Turing完整性是关于无需任何其他输出即可计算内射函数的问题。在Bennet的意义上,有几种称为“可逆lambda演算”的变体是可逆的-这些不是我想要的。

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“微小”图同构
在考虑测试非对称图的同构性的复杂性时(请参阅有关 cstheory的相关问题),我想到了一个补充问题。 假设我们有一个多项式时间图灵机中号MM,它在输入1个ñ1n1^n生成具有n个节点的图。G中号,nGM,nG_{M,n}ñnn 我们可以定义问题Π中号ΠM\Pi_M: (“微小” GI):给定一个图G = (V,E)G=(V,E)G=(V,E),GGG与同构,| |。V | G中号,| V|GM,|V|G_{M,|V|}? 换句话说,我们必须将给定图与由固定多项式时间图灵机生成的相同大小的“参考”图进行比较中号MM。 对于所有多项式时间图灵机中号MM,我们有Π中号∈ ñPΠM∈NP\Pi_M \in NP,和许多人,我们有Π中号∈ PΠM∈P\Pi_M \in P。 但这对所有都是真的中号MM吗?问题是已知的吗? 乍一看,我认为每Π中号ΠM\Pi_M应该比容易得多摹我GIGI,因为对于每ñnn有该尺寸的仅一个“参考”图形和或许对称性/所生成的图的非对称性中号MM可以被利用和可以构建高效的临时同构测试器...但事实并非如此:中号MM可以包含某种多项式定时通用图灵机,该机器使用(一元)输入1个ñ1n1^n生成完全不同的(在结构上)参考图作为ñnn增加。

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快速计算生成树的数量
t(G)t(G)t(G)GGGnnnt(G)t(G)t(G)O(n3)O(n3)O(n^3)QGJ11n2det(J+Q)1n2det(J+Q)\frac{1}{n^2} \det(J + Q)QQQGGGJJJ111 我想知道是否有某种方法可以更快地计算。(是的,用于计算行列式的算法比算法快,但我对某些新方法感兴趣。)O (n 3)t(G)t(G)t(G)O(n3)O(n3)O(n^3) 它也有兴趣考虑特殊的图形族(平面的,也许?)。 例如,对于循环图,可以在计算经由身份算术运算,其中是的拉普拉斯矩阵的非零特征值,可以快速地为循环图计算。(将第一行表示为多项式,然后在第个单位根上进行计算-此步骤使用离散傅立叶变换,可以用算术运算完成。)O (n lg n )t (G )= 1t(G)t(G)t(G)O(nlgn)O(nlg⁡n)O(n \lg n)λ我ģÑø(ÑLGÑ)t(G)=1nλ1⋯λn−1t(G)=1nλ1⋯λn−1t(G) = \frac{1}{n} \lambda_1 \dotsm \lambda_{n-1}λiλi\lambda_iGGGnnnO(nlgn)O(nlg⁡n)O(n \lg n) 非常感谢你!

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随机生成的树的预期深度是多少?
我很早以前就考虑过这个问题,但是对此一无所知。 生成算法如下。我们假设有nnn离散的节点,编号从到。然后,每个在我们使在树个节点的母公司是在随机节点。依次遍历每个,以使结果成为根节点为的随机树。(也许这不够随机,但这无关紧要。)n − 1 i { 1 ,… ,n − 1 } i { 0 ,… ,i − 1 } i 0000n−1n−1n - 1iii{1,…,n−1}{1,…,n−1}\{1, \dotsc, n - 1\}iii{0,…,i−1}{0,…,i−1}\{0, \dotsc, i - 1\}iii000 这棵树的预期深度是多少?

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是否有用于绝热量子计算的几何图形?
在绝热量子计算(AQC)中,人们在[问题]哈密顿量的基态下对最优化问题的解进行编码。为了达到这种基态,您可以从哈密顿量H i和朝向H p的 “退火”(绝热扰动)开始于易于冷却的初始(基态)状态,即HpHpH_pH一世H一世H_iHpHpH_p H(s )= s H一世+ (1 - s )高pH(s)=sH一世+(1个-s)Hp H(s) = s H_i + (1-s) H_p 其中。有关AQC的详细信息:http : //arxiv.org/abs/quant-ph/0001106v1小号∈ [ 0 ,1 ]s∈[0,1个]s \in [0,1] 关于这个问题的有趣之处在于,试图了解基态特征值与第一激发态之间的差距,因为这决定了问题的复杂性。要做的一件有趣的事情是尝试对某些类型的哈密顿主义者的行为发表意见。可以通过仿真分析小量子位情况的能谱,以了解问题的复杂性,但这很快变得不可行。 我想知道的是,是否存在一种几何或拓扑方法来查看某些哈密顿主义者的行为。有人提到上面的形式可以看作是同伦的(如果将标量函数推广到运算符),但是我对高等数学并不精通,所以我不确定这意味着什么或我可以做什么用它。 可能会提到哈密顿量通常是伊辛自旋玻璃哈密顿量(至少,这是是)。我对高级统计力学的文献也不太了解,所以这可能是另一种途径。HpHpH_p 我想知道是否有人可以对此提供一些解释,或者至少提供一些有趣的引用,关键字等。

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Grover算法的运行时
Grover算法的时间复杂度(不是查询复杂度)是多少?在我看来,这是因为存在迭代,并且每次迭代都需要使用反射操作,这反过来又需要时间使用任何标准的通用门集。Ω (对数(N)N--√)Ω(log⁡(N)N)\Omega(\log(N) \sqrt{N})Ω(log(N))Ω (N--√)Ω(N)\Omega(\sqrt{N})Ω (对数(N))Ω(log⁡(N))\Omega(\log(N)) 问题是,我什至找不到一个引用,该引用说Grover算法的时间复杂度是。维基百科和其他几个网页说时间复杂度。Grover的论文声称 “步骤”。O( √Ω (对数(N)N--√)Ω(log⁡(N)N)\Omega(\log(N) \sqrt{N})O( √ø (Ñ--√)O(N)O(\sqrt{N})ø (Ñ--√)O(N)O(\sqrt{N}) 我想念什么吗?也许人们将反射操作定义为花费单位时间。但这对我来说没有意义,因为如果我们可以玩允许任意unit取单位时间的游戏,那么查询复杂度和时间复杂度之间就不会有差异。

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理论计算机科学家的抽象代数
我接受过合理的本科数学教育,但从未百分百满意抽象代数(群,环,场等的数学)。我认为这部分是因为我需要查看应用程序,而我能找到的任何应用程序都是在物理领域,而不是CS。因为我真正的兴趣是CS,所以现在有没有可用的材料(在线草稿,讲义,视频,书籍)从CS中的应用(尤其是算法/理论)的角度涵盖抽象代数?我很高兴这些应用程序完全是理论性的,但是它们不应该假设任何已有的抽象代数知识。 我很确定这些资源是否存在,它们将被大量CS研究人员所赞赏。

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关于两个计数器自动机的猜想
我想证明(或反对)以下猜想: 猜想:两个计数器自动机(2CA)无法确定以下语言: L={n∣L={n∣L = \{ n \mid 的三元和二进制表示nnn具有偶数长度或奇数长度}}\} 2CA可以轻松地检查二进制表示形式的长度是偶数还是奇数(只需将其除以2,并在每次除法后更新“偶数长度”标志)即可;以相同的方式,它可以检查三进制表示形式的长度是偶数还是奇数(只需保持三分并在每次除法后更新“偶数长度”标志)。 但是,为了计算其中一个,它必须销毁其输入,而不能恢复它来计算另一个。如此看来,有没有办法决定LLL。 您知道一种可以用来证明猜想的技术吗? 还是可以反驳建立一个决定的2CA的猜想LLL? 我尝试了同样的做法,然后伊瓦拉证明一个2CA不能决定{n2∣n≥1}{n2∣n≥1}\{n^2\mid n \geq 1\},但似乎不正确的做法。 注意:为简单起见,2CA等效于具有一个变量的程序,该程序ccc 最初包含输入和以下指令集: INC:在变量中加一; DEC:减量ccc(仅当它大于零时); JZ lablablab:如果ccc为零,则跳到标签lablablab否则继续; MUL KKK:将乘以主要ccc成本KKK; K[,lab0,lab1,...,labK−1]K[,lab0,lab1,...,labK−1]K [, lab_0, lab_1,...,lab_{K-1}]cccKKKcccc=⌊c/K⌋c=⌊c/K⌋c = \lfloor c / K \rfloorcmodKcmodKc \bmod K GOTOlablablab:无条件跳转; 暂停接受|拒绝:停止并接受或停止并拒绝。 例如,检查的二进制表示形式是否具有偶数长度的程序是:nnn loop: JZ even // test if n = 0 DIV 2 …

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确定性通信复杂度与分区数
背景: 考虑其中Alice和Bob给出的通信复杂度通常的两方模型nnn比特串xxx和yyy和具有计算一些布尔函数f(x,y)f(x,y)f(x,y),其中f:{0,1}n×{0,1}n→{0,1}f:{0,1}n×{0,1}n→{0,1}f:\{0,1\}^n \times \{0,1\}^n \to \{0,1\}。 我们定义以下数量: D(f)D(f)D(f)(的确定性通信复杂fff):比特Alice和Bob需要对计算通信的最小数量f(x,y)f(x,y)f(x,y)确定性。 Pn(f)Pn(f)Pn(f)(的分区编号fff):对数的分区中的单色矩形的最小数目(或不相交的覆盖物)的(基数为2){0,1}n×{0,1}n{0,1}n×{0,1}n\{0,1\}^n \times \{0,1\}^n。 在单色矩形{0,1}n×{0,1}n{0,1}n×{0,1}n\{0,1\}^n \times \{0,1\}^n是一个子集R×CR×CR \times C使得fff取相同的值(即,单色)上的所有元素R×CR×CR \times C。 还要注意,分区号与“ protocol分区号”不同,后者是此问题的主题。 有关更多信息,请参见Kushilevitz和Nisan的文章。用它们的符号,我定义为Pn(f)Pn(f)Pn(f)是log2CD(f)log2⁡CD(f)\log_2 C^D(f)。 注意:这些定义容易推广到非布尔函数fff,其中的输出fff是一些较大的集合。 已知结果: 已知的是,是一个下界d (˚F ),即,对于所有(布尔或非布尔)˚F,P Ñ (˚F )≤ d (˚F )。确实,D (f )的大多数下界技术(或全部?)实际上是下界P n (f )。(任何人都可以确认所有下限技术都是如此吗?)Pn(f)Pn(f)Pn(f)D(f)D(f)D(f)fffPn(f)≤D(f)Pn(f)≤D(f)Pn(f) \leq D(f)D(f)D(f)D(f)Pn(f)Pn(f)Pn(f) 还已知该边界至多是平方松散的(对于布尔或非布尔函数),即。总而言之,我们知道以下几点:D(f)≤(Pn(f))2D(f)≤(Pn(f))2D(f) \leq (Pn(f))^2 Pn(f)≤D(f)≤(Pn(f))2Pn(f)≤D(f)≤(Pn(f))2Pn(f) \leq D(f) \leq (Pn(f))^2 据推测,。(这是Kushilevitz和Nisan撰写的文本中的开放式问题2.10。)据我所知,这两个布尔函数之间最广为人知的分隔仅是乘数为2,如“通信复杂性中的线性阵列猜想是错误的”,作者:Eyal Kushilevitz,Nathan …

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全部功能编程的局限性是什么?
整体功能编程的局限性是什么?它不是图灵完备的,但仍支持可能程序的很大一部分。是否有可以用图灵完备的语言而不是全部功能的语言编写的重要构造? 可以完全静态分析以全部功能语言编写的程序,而图灵完备语言的静态分析却受制于停顿问题,这是否正确?我的意思并不是说在总功能语言中可以静态确定一切,因为有些事情只能在运行时知道,但是我的意思是理论上可以对以理想的总功能编程语言编写的程序进行分析,以便所有理论上可以静态确定,也可以静态确定。还是在无法使静态分析完成的全部功能语言中仍然存在无法确定的问题?无论使用哪种语言编写,某些问题始终是无法确定的,但是我对继承给该语言的此类问题很感兴趣,

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线性独立傅立叶系数
向量空间的基本属性是维数为的向量空间的特征在于线性独立的线性约束-也就是说,存在线性独立的矢量与正交。V⊆Fn2V⊆F2nV \subseteq \mathbb{F}_2^nn−dn−dn-dddddddw1,…,wd∈Fn2w1,…,wd∈F2nw_1, \ldots, w_d \in \mathbb{F}_2^nVVV 从傅立叶角度来看,这等同于说,指示符函数的已线性独立的非零的傅立叶系数。注意具有个非零傅立叶系数,但是其中只有个是线性独立的。1V1V1_VVVVddd 1V1V1_V2d2d2^dddd 我正在寻找向量空间的此属性的近似版本。具体来说,我正在寻找以下形式的声明: 令的大小为。然后,指示符函数具有至多线性独立的傅立叶系数,其绝对值至少为\ varepsilon。S⊆Fn2S⊆F2nS \subseteq \mathbb{F}_2^n2n−d2n−d2^{n-d}1S1S1_Sd⋅log(1/ε)d⋅log⁡(1/ε)d\cdot\log(1/\varepsilon) εε\varepsilon 可以从“结构与随机性”的角度看待这个问题-直觉上,这样的主张说,每个大集合都可以分解为向量空间和小偏置集合的总和。众所周知,每个函数都可以分解为“线性部分”,其中线性部分具有大傅立叶系数和具有较小偏差的“伪随机部分”。我的问题是,线性部分是否仅具有对数个线性独立的傅立叶系数。f:Fn2→F2f:F2n→F2f:\mathbb{F}_2^n \to \mathbb{F}_2poly(1/ε)poly(1/ε)\mathrm{poly}(1/\varepsilon)

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判断矩阵是否完全规则的复杂性
如果矩阵的所有平方子矩阵都具有完整秩,则称该矩阵为完全规则。此类矩阵用于构造超浓缩器。确定给定矩阵是否在理性上完全规则的复杂性是什么?在有限的领域? 更一般而言,如果其大小最大为k的所有平方子矩阵都具有完整秩,则称该矩阵为全正则。给定一个矩阵和一个参数k,确定矩阵是否完全为k正则的复杂度是多少?kkkkkkkkkkkk

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我们可以
我们能否通过深度为lg n的多项式大小(无界扇入)电路计算ññn位阈值门lgñlglgñlg⁡ñlg⁡lg⁡ñ\frac{\lg n}{\lg \lg n}吗?或者,我们可以使用这些电路来计算输入位中的1的数目吗? 是?Ť ç0⊆ 甲升吨Ť 我中号È(ø (LGñlglgñ),O (lgn ))ŤC0⊆一种升ŤŤ一世米Ë(Ø(lg⁡ñlg⁡lg⁡ñ),Ø(lg⁡ñ))\mathsf{TC^0} \subseteq \mathsf{AltTime}(O(\frac{\lg n}{\lg \lg n}), O(\lg n)) 请注意,。因此,问题本质上是在计算阈值门时是否可以在电路深度中节省因子。lg lg nŤ ç0⊆ Ñ Ç1个=ALogTime=AltTime(O(lgn),O(lgn))TC0⊆NC1=ALogTime=AltTime(O(lg⁡n),O(lg⁡n))\mathsf{TC^0} \subseteq \mathsf{NC^1} = \mathsf{ALogTime} = \mathsf{AltTime}(O(\lg n), O(\lg n))lglgnlg⁡lg⁡n\lg \lg n 编辑: 正如Kristoffer在他的回答中所写,我们可以保存因子。但是,我们可以节省更多吗?我们可以用替换吗?O (lg nlglgnlg⁡lg⁡n\lg \lg no(lgnO(lgnlglgn)O(lg⁡nlg⁡lg⁡n)O(\frac{\lg n}{\lg \lg n})o(lgnlglgn)o(lg⁡nlg⁡lg⁡n)o(\frac{\lg n}{\lg \lg n}) 在我看来,分层的蛮力技巧甚至无法保存(更普遍的是任何函数)都无效。lg lg …

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