DSPACEの時間階層(O(s(n)))


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時間階層の定理は、チューリングマシンが(十分な)時間があれば、より多くの問題を解決できると述べています。スペースが漸近的に制限されている場合、何らかの方法で保持されますか?どのようDTISP(g(n),O(s(n)))に関連DTISP(f(n),O(s(n)))であればfgは十分に速く成長しますか?

s(n)=n、g(n)=n3およびの場合に特に興味がありf(n)=2nます。

特に、私は、次の言語と見なさ: Lk:={(⟨M⟩,w):M rejects (⟨M⟩,w) using at most |⟨M⟩,w|3 time steps, k∗|⟨M⟩,w| cells and four different tape symbols}

ただし、Lkで決定することができるn3使用してステップ(k+1)n∈O(n)スペース。

Mを4つのテープシンボルに限定せず、O(n)セルをnセルに圧縮できるようにしないと、テープシンボルが多すぎるMをシミュレートするときにスペースの問題が発生します。この場合、言語はDSPACE(O(n))ません。同じことが、十分に高速に計算できる一部のh k=h(|w|)を設定する場合にも発生します。h

この質問は基本的にここでの私の質問の言い換えです。

概要編集: 変更にDTISP(F (N )、S (nが))、しかし、私は交差点も考えるように価値があると思います。DSPACE(s(n))∩DTIME(f(n))DTISP(f(n),s(n))


素晴らしい質問!! 場合はDTISP(F(N)、S(n))を対DTISP(G(N)、S(n))を見ても非常に興味深いですは十分に速く成長します。DTISP(G(N)、S(N))はDTIME(G(N))しながら、最もG(N)時におけるランがS(n)のスペースを利用して、単一のアルゴリズムによって解くことができる言語で表す∩DSPACE(複数可(n))は、1つのアルゴリズムがg(n)時間で実行され、他のアルゴリズムがs(n)空間で実行される2つのアルゴリズムを持つ言語を表します。fg∩
— マイケルウェハ

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おっと...私は実際に最初にD-SPACE(O(s(n)))-TIME(g(n))を書きましたが、MathJaxがそれを使って作ったものの外観が気に入らなかったので、すぐに変更しましたDSPACE(O(s(n)))∩DTIME(g(n))についてはあまり考えずに。最初の質問は最初に書いたものについてですが、交差点DSPACE(O(s(n)))∩DTIME(g(n))も非常に興味深いです-この間違いをしたことがうれしいです。明らかにDTISP(g(n)、s(n))⊆DTIME(g(n))∩DSPACE(s(n))。これは適切なインクルージョンですか?ウィキペディアによると、その正当性がDTISP(P、ポリI)⊆DTIME(P)∩DSPACE(ポリI)のために未知である:wikiwand.com/en/SC_(complexity)
— ヘニング

涼しい!!ご説明いただきありがとうございます。私はこの種の問題に本当に興味があります。:)
— マイケル・ウェーハー

。したがって、2番目のケースは簡単です。DTISP(2n,n)=DSPACE(n)
— rus9384

スペースの一定量の時間階層が持つチューリングマシンのために得られることを言及することの価値が固定用テープのkのためのホップクロフト・ポール・ヴァリアントに類似の引数とタイトな時間の階層を使用してk個の -tapeマシン。たとえば、WJポールを参照してください。STOC'77の「時間階層」kkk
— サムマクガイア

回答:


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これは未解決の問題です:(またはN S P A C E(O (n )))。私たちは知っているD T I M E(O (N )DTISP(O(nlog⁡n),O(n))=DSPACE(O(n))NSPACE(O(n))。DTIME(O(n))⊆DSPACE(O(n/log⁡n))

しかし、もっともらしい計算の複雑さの推測では、適切な階層があります。例えば、すべてのための場合、回路SAT∉IO- O (2 N - ε)、次いで D T I S P(O (F )、O (S (N )))⊊ D T I S P(O (f 1 + ε)、O (s (ε>0O(2n−ε) ここで、 f (nDTISP(O(f),O(s(n)))⊊DTISP(O(f1+ε),O(s(n)))
、 F (nが)である 2 O (分(nは、sは(N )))、および fは、時間-空間構成可能です。f(n)≥nf(n)2o(min(n,s(n)))f

In particular (under the hypothesis), existence of a satisfying assignment for circuits with ⌊lg(f1+ε/2)⌋ inputs and size (log⁡f)O(1) serves as a counterexample to the equality of the classes.

Notes:

  • CIRCUIT-SAT is at least as hard as k-SAT (which is used in the strong exponential time hypothesis).

  • Per convention, in CIRCUIT-SAT, n is the number of input wires; circuit size is nO(1).

  • 仮定は準線形回路サイズ用の回路-SATを使用した場合、その後に結合したに緩和することができるO ((2 - ε )分(N 、S (N )))。また、CIRCUIT-SATの硬さに関するより弱い/より強い仮定は、より弱い/より強い階層を与えます(これは現在証明できます)。f(n)O((2−ε)min(n,s(n)))

  • IO手段は無限に多くの場合、そしてためにドロップすることができる(を含む特定の意味で連続的であるF (N )= N)。ff(n)=na

  • It appears likely that the DTISP hierarchy is sharp enough to distinguish O(f) from o(f/log⁡f) (and perhaps o(f)) (when f is not too large relative to the permitted space).

  • To distinguish na from 2n, we only need the weaker assumption P≠PSPACE.

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