編集(更新):下の私の答えの下限は、ダスなどによる「ユークリッドの巡回セールスマンツアーと最小スパニングツリーの近似の複雑さ」で(別の証明によって)証明されました。Algorithmica 19:447-460(1997)。
それはのようにも近似率を達成することが可能であるいくつかのためので比較に基づくアルゴリズムを使用して時間を?ϵ > 0 o (n log n )O(n1−ϵ)ϵ>0o(nlogn)
いいえ。下限は次のとおりです。
請求。 任意ため、すべての比較に基づく
-approximationアルゴリズムが必要最悪の場合の比較を。、N 1 - ε Ω (ε N ログN )ϵ>0n1−ϵΩ(ϵnlogn)
「比較ベース」とは、バイナリ(True / False)クエリでのみ入力をクエリするアルゴリズムを意味します。
これが証明の試みです。うまくいけば間違いがありません。FWIWの下限は、ランダム化されたアルゴリズムに拡張される可能性があります。
および任意の小さいが定数修正します。ϵ > 0nϵ>0
だけを考慮してください"置換"は、入力インスタンス
の順列である。このようなインスタンスの最適なソリューションのコストはです。(x 1、x 2、… 、x n)[ n ] n − 1n!(x1,x2,…,xn)[n]n−1
定義コスト順列の
する。アルゴリズムを、入力として置換を取り、置換出力し、コストを支払うようにモデル化します。C (π )= Σ I | π (I + 1 )- π (I )| π π ' D (π 、π ')= C (π ' ○はπ )πc(π)=∑i|π(i+1)−π(i)|ππ′d(π,π′)=c(π′∘π)
これらのインスタンスで競合比率を達成するために、を比較ベースのアルゴリズムの比較の最小数として定義します。optはなので、アルゴリズムは最大でコストを保証する必要があります。n 1 − ϵ n − 1 n 2 − ϵCn1−ϵn−1n2−ϵ
私たちは、表示されます。C≥Ω(ϵnlogn)
を、可能な出力について、出力
が最大コストを達成する可能性のある入力の割合になるように定義します。この小数部は依存し。π ' π ' N 2 - ε π 'Pπ′π′n2−ϵπ′
π C (π )N 2 - ε π ' I P D (π 、I )N 2 - ε D (π 、I )= C (π )Pは、ランダム置換場合、そのコストが最大ある確率にも等しくなります。(理由を確認するには、を恒等置換ます。その後、は、最大である
に対して、。)πc(π)n2−ϵπ′IPd(π,I)n2−ϵd(π,I)=c(π)
補題1. 。C≥log21/P
証明。常に未満の比較を使用するアルゴリズムを修正します。アルゴリズムの決定木の深さは未満であるため、未満のリーフがあります。また、出力順列場合、アルゴリズムはを超える出力としてを提供します。入力の割合。定義により、そのような入力の少なくとも1つに対して、出力は以上のコストを与えます。QEDログ2 1 / P 1 / P π ' π ' P P π ' N 2 - εをlog21/Plog21/P1/Pπ′π′PPπ′n2−ϵ
補題2. 。P≤exp(−Ω(ϵnlogn))
補題2の証明を与える前に、2つの補題が一緒にクレームを与えることに注意してください:
C ≥ log21P = log2exp(Ω(ϵnlogn)) = Ω(ϵnlogn).
補題2の証明
レッツランダム置換すること。は、コストが最大ある確率に等しいことを思い出してください。任意のペアが
コスト持つエッジであるとします 、はエッジコストの合計です。P C (π )N 2 - ε(I 、I + 1 )| π (I + 1 )- π (I )| c (π )πPc(π)n2−ϵ(i,i+1)|π(i+1)−π(i)|c(π)
と仮定し。c(π)≤n2−ϵ
次に、場合、最大でのコストが以上になります。未満のコストのエッジは安価であるとしましょう。n 2 − ϵ / q q qq>0n2−ϵ/qqq
修正します。置換および単純化、最大でのエッジは安価ではありません。 n 1 − ϵ / 2q=n1−ϵ/2n1−ϵ/2
したがって、少なくとも のエッジは安価です。したがって、安価なエッジを含むセットがあります。S N / 2n−n1−ϵ/2≥n/2Sn/2
請求。 任意の所与のセットに対してののエッジの全てのエッジ確率安価では最大である。N / 2 SのEXP (- Ω (ε N ログN ))Sn/2Sexp(−Ω(ϵnlogn))
クレームを証明する前に、次のように補題を暗示していることに注意してください。主張と単純な結合の限界により、そのような集合が存在する確率
は最大
( nS≤EXP(O(N)-Ω(εNログN))≤EXP(-Ω(ϵnlogn))。
(nn/2)exp(−Ω(ϵnlogn)) ≤ 2nexp(−Ω(ϵnlogn))
≤ exp(O(n)−Ω(ϵnlogn)) ≤ exp(−Ω(ϵnlogn)).
クレームの証明。次のプロセスで
選択します。選択一様から、次に選択から均一、次いで選択から均一などπ (1 )[ N ] π (2 )[ N ] - { π (1 )} π (3 )[ N ] - { π (1 )、π (2 )}ππ(1)[n]π(2)[n]−{π(1)}π(3)[n]−{π(1),π(2)}
エッジを考えます。が選択されようとしているときに、が選択された直後の時間を考慮してください。最初の選択(に関係なく、には少なくとも選択があり、それらの最大選択肢により、エッジ
コストが未満になり(安価になります)。(i,i+1)Sπ(i)π(i+1)iπ(j)j≤in−iπ(i+1)2n1−ϵ/2(i,i+1)n1−ϵ/2
したがって、最初の選択を条件に、エッジが安価である確率は最大でです。したがって、すべての
エッジが安価である確率は、最大で
以来、少なくともあるのエッジ
と。したがって、この製品は最大で
i2n1−ϵ/2n−in/2S
∏(i,i+1)∈S2n1−ϵ/2n−i.
|S|≥n/2n/4Sn−i≥n/4(2n1−ϵ/2n/4)n/4 ≤ (8n−ϵ/2)n/4 = exp(O(n)−Ω(ϵnlogn)) = exp(−Ω(ϵnlogn)).
QED