深さ5未満で追加を実行できますか?


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キャリールックを使用して先に我々は多項式サイズ深さ5(または4?)を使用して、追加を計算することができ、アルゴリズムAC0回路ファミリを。深さを減らすことは可能ですか?キャリールックアヘッドアルゴリズムによって得られる深さよりも小さい多項式サイズの回路ファミリを使用して、2つの2進数の加算を計算できますか?

dが2または3 である場合、加算を計算ACd0回路ファミリのサイズの超多項式下限はありますか?d

深さとは、交互の深さを意味します。


名前を教えてください。あなたは誰ですか?過去1か月ほどの間、人々はここで新しいユーザー名を作成し、質問してからそのユーザー名を削除しています!
Tayfunペイ

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@Geekster、一般に、人々はアカウントを作成したり、本名を使用したりする必要はありません(ただし、さまざまな理由でそうすることをお勧めします)。何かについて一般的な懸念がある場合は、Theoretical Computer Science Metaを使用して問題を提起してください。
カヴェー

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これは、深さ AC 0回路がいくつかの固定mの 2つのmビット入力のm + 1 ビットの合計を計算できないことを確認することにより、ブルートフォースになります。各深さに現れる可能性がある入力ビットの有限数のブール関数のみがあります。40(m+1)mm
mjqxxxx

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@mjqxxxx:固定mをブルートフォースするときにAC0回路に多項式サイズの制約を適用するにはどうすればよいですか?@ OP:現在の最適な回路の深さは4か5ですか?
ロビンコタリ

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@mjqxxxx:すべてのブール関数は、深さ回路で計算できます。ここで、固定mに対してサイズsの回路を見つけたとします。c = s / m 場合nごとにサイズc nの回路があるか、またはϵ = log s / m 場合、サイズ2 ϵ nの回路のみがあるかどうかをどのように判断しますか?有限の例から漸近情報を推測する方法はありません。2mscnnc=s/m2ϵnϵ=(logs)/m
EmilJeřábekはMonicaをサポートしています

回答:


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Alexis MacielとDenis Therien の小さな多数決深度のしきい値回路の定理3.1によると、実際には2つの数値の加算を計算するための深度3回路があります。

正確なバインドは、 Δ 2 = Σ 2Π 2深さ-2持っている問題であるA C 0の両方で回路を上部のゲートとN C 0 1回路であるN C 0回路深さ1の(表記法の詳細な説明については論文を参照してください)。Δ2NC10Δ2=Σ2Π2AC0,NC10NC0

主な証明のアイデアは次のとおりです。

  • 最初は、のように桁上げ先見回路を発現するNC0Δ2NC0
  • 次の呼び出し閉鎖特性これを書いてΔ 2N C 0Δ2Δ2NC0
  • 最後に、(また、紙で証明)という事実を使用することNC0Δ1NC10

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深さ2の回路はDNFまたはCNFである必要があり、指数関数的に多くのmintermsおよびmaxtermsがあることを確認するのが簡単なので、加算を計算するために深さ2の回路が必要です。

警告:以下の部分はバグです。答えの下のコメントを参照してください。

私はそれを数える方法は、添加が想定深さ3で行うことができ、IおよびBは私がある 2つの数の目のビット0は LSBの指標であるN個のMSBは。 aibii0n

合計の番目のビットs iを、キャリールックアヘッドを使用した標準的な方法で計算しましょう。isi

si=aibici

ここで、はXOR、c iは次のように計算されるキャリーです。ci

ci=jj<i(gjpj)

そしてことを意味し、J番目の場所は、キャリーを「生成」:gjj

gj=(ajbj)

また、はキャリーがjからiに伝播されることを意味します。pjji

pj=kj<k<i(ajbj)

深さを数えると、は深さ2、c iは深さ3です。siは深さ4または5 ように見えますが、深さ3回路の有界ファニン計算なので、深さ3でもあります。 de-Morganの式を使用して上位2レベルを押し下げ、多項式量で回路サイズを拡大します。pjcisi


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私はかなり自動的に深さ3の場合は、たとえば、あなたが書いている深さの3つの回路をどのように有界ファンインの計算が表示されないとしてC I¬ 私はbは私を¬ C IIB I、あなたが最初の論理和に深さ3の回路を作ることができます第二の論理和と深さ3の回路上に、そしてsi(ci¬(aibi))(¬ci(aibi))ci

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ddd(x1x2Qxdϕ(x1,,xd))(x1x2Qxdψ(x1,,xd)) as a prenex formula with d quantifier blocks, but you need d+1 blocks to express...
Emil Jeřábek supports Monica

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... the formula (x1x2Qxdϕ(x1,,xd))(x1x2Q¯xdϕ(x1,,xd)).
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For an explicit counterexample to the general principle, let fn(x1,,xn) be a family of functions computable by ACd0 circuits with OR on the top requiring super-polynomial depth d circuits with AND on the top (e.g., Sipser functions). Then x0fn do not have ACd0 circuits. Assume for contradiction that Cn(x0,,xn) are such circuits, and that Cn has OR on the top (the other case is symmetric). By setting x0=1, we obtain ACd0 circuits for ¬fn with OR on the top, hence ACd0 circuits for fn with AND on the top, a contradiction.
Emil Jeřábek supports Monica
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