カープリプトンの定理の証明


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本「計算の複雑さ:現代のアプローチ」(2009)で述べられているカープ-リプトンの定理の証明を理解しようとしています。

特に、この本は次のことを述べています。

カープリプトンの定理

もしNP 次に、PH。⊆ P∖poly = Σ P 2 =Σ2p

証明: 定理5.4により、PH を示すには、を示すだけで十分です。特に、に -complete が含まれていることを示すだけで十分です。言語 SAT。 Π P 2 ⊆ Σ P 2 Σ P 2 Π P 2 Π 2=Σ2pΠ2p⊆Σ2pΣ2pΠ2pΠ2

定理5.4では、

すべてのについて、場合、PH =です。つまり、階層はi番目のレベルに崩壊します。Σ P I = Π P Ii≥1Σip=ΠipΣip

が暗示していることを理解できていません。 Σ P 2 = Π P 2Π2p⊆Σ2pΣ2p=Π2p

より一般的な質問として、これはすべてのに。つまり、は、すべてのを意味しますか?iΠip⊆ΣipΣip=Πipi≥1


私の記憶が正しければしばらくして、私たちは、漠然とした説明に来た:「もし数量と、その後、我々は変換することができます式∀ 。。。∃ 1に数量で、我々はから式を変換するために使用できる形のフォームのいずれかに、それを配置され、中階層が折りたたまれ、私は確信して、私は完全にこの引数を理解することはないです。。Π2p⊆Σ2p∀...∃∃...∀Σ3p∃...∀...∃∃...∃...∀Σ2p
— WardL

別の提案/アイデア、数学ステートメントは、サブセットの包含と平等を切り替えます(これは複雑性理論では一般的であると認めます)。どちらかに固執/標準化/再定式化する方法はありますか?fyi カープリプトンthm /ウィキペディア
— vzn

回答:


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リコールそれは IFF ˉ L ∈ ΠのP I。その今と仮定Σ P I ⊆ Π P I、と聞かせてL ∈ Π P I。その後ˉ L ∈ ΣのP Iとそうˉ L ∈ ΠのP I暗示仮定することにより、そのL ∈ ΣのP I。言い換えれば、Π P I ⊆ Σ PL∈Σ私pL¯∈Π私pΣ私p⊆Π私pL∈Π私pL¯∈Σ私pL¯∈Π私pL∈Σ私p、およびのでΣ P I =Π P I。Π私p⊆Σ私pΣ私p=Π私p

ここに理由です IFF ˉ L ∈ Π P 私は。具体的には、i = 3を取ります。定義により、L ∈ Σ P 3であれば、いくつかのP-時間述語のためのT、 X ∈ L ⇔ ∃ | y | < | x | O (1 ) ∀ | z | < | x | O (1 ) ∃L∈Σ私pL¯∈Π私p私=3L∈Σ3pT 同様 ˉ L ∈ ΠのP 3であれば、いくつかのP-時間述語用の S、 X ∈ ˉ L ⇔ ∀ | y | < | x | O (1 ) ∃ | z | < | x | O

バツ∈L⇔∃|y|<|バツ|O(1)∀|z|<|バツ|O(1)∃|w|<|バツ|O(1)T(バツ、y、z、w)。
L¯∈Π3pS しかしながら、これらの2つのステートメントは共にPが(取る相補性の下では閉じているという事実と、ド・モルガンの法則番組の簡単な呼び出しとして、等価であるSを=¬Tを)。
バツ∈L¯⇔∀|y|<|バツ|O(1)∃|z|<|バツ|O(1)∀|w|<|バツ|O(1)S(バツ、y、z、w)。
S=¬T
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