モノトーンCNFがモノトーンDNFを意味するかどうかを決定する問題


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次の決定問題を考慮してください

入力:単調CNF Φと単調DNF Ψ

質問ΦΨはトートロジーですか?

確かにあなたは、この問題を解決することができるO(2npoly(l)) -timeは、ここでn変数の数であり、 ΦΨ及びl入力の長さです。一方、この問題はcoNP完全です。また、また、SETHが失敗しない限り、番組をCONP-完全性を確立減少は、全く存在しない O(2(1/2ε)npoly(l)この問題の実時間アルゴリズム(これは任意の正の当てはまりますε)。これがこの削減です。してみましょうA(非モノトーン)CNFこととしましょうxその変数です。すべての正の出現置き換えるxすることによりyのすべての負の出現xによってz。すべての変数に対して同じことを行います。結果の単調なCNFをΦ。これは、ことを確認することは容易であるA IFF充足Φyzトートロジーではありません。この削減により、変数の数が2倍になり、2n/2 (SETHベース)上記の下限。

そのため、2n/22n時間の間にギャップがあります。私の質問は、より良いアルゴリズムまたはSETHからのより良い削減が知られているかどうかです?

問題に関連すると思われる2つの発言だけです。

  • 単調DNFが単調CNFを暗示するかどうかの逆問題は、多項式時間で簡単に解ける。

  • 興味深いことに、Φが同じ関数をΨ計算するかどうかを決定する問題は 、FredmanとKhachiyanによる準多項式時間で解くことができます(単調な選言標準形の二重化の複雑性、Journal of Algorithms 21(1996)、no.3 、pp。618–628、doi:10.1006 / jagm.1996.0062

回答:


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SETHを仮定すると、問題は、時間で解けるないいずれかに対するε > 0O(2(1ϵ)npoly(l))ϵ>0


まず、Ψが任意の単調な式である可能性のある、より一般的な問題に当てはまることを示します。この場合、変数の数を保持する問題に対するTAUTからのポリタイムcttの削減があります。ましょうT N TX 0··· X N - 1閾値関数示す T N TX 0··· X N - 1= 1ΦΨTtn(x0,,xn1) Ajtai–Komlós–Szemerédiソーティングネットワークを使用して、T n tは、多項式サイズの単調な式で記述でき、時間polynで構築できます。

Ttn(x0,,xn1)=1|{i<n:xi=1}|t.
Ttnpoly(n)

ブール式を考えると、我々はド・モルガンは、フォームでそれを書くためにルール使用することができφ "X 0... xはN - 1¬ のx 0... ¬ X n 1 ここでϕ は単調です。次に ϕ x 0x n ϕ(x0,,xn1)

ϕ(x0,,xn1,¬x0,,¬xn1),
ϕは、単調な含意 T n t x 0 x n 1 ϕ x 0 x n 1 N 0 N n 1)の場合にのみ、トートロジーです すべてのに有効なTN N iは = T N - 1 Tϕ(x0,,xn1)
Ttn(x0,,xn1)ϕ(x0,,xn1,N0,,Nn1)
tn
Ni=Ttn1(x0,,xi1,xi+1,,xn1).

左から右への意味で、T n tを満たす割り当て、つまり、少なくともtのものを割り当てます。そこに存在する電子"E正確でトンのもの。そして、電子NeTtnteet、従って E 'φ意味 E 'φ 'X 0... xはN - 1N 0...eNi¬xieϕ。これは単調式であるので、我々はまた、持っている E φ 'X 0··· X N - 1N 0... N N - 1。右から左への影響も同様です。eϕ(x0,,xn1,N0,,Nn1)eϕ(x0,,xn1,N0,,Nn1)


では、元の問題に戻りましょう。問題は、時間的に解けるある場合:私は次のように表示される、次いで、いずれかのKK -DNF・タウト(又は二重、k個の -SAT)時間で可解である2 δ N + O 2δnpoly(l)kkk。これが意味δ1をSETHが保持している場合。2δn+O(knlogn)poly(l)δ1

そこで、我々が与えられていると仮定 -DNF φ = I < L J A I X jのJ B I ¬ のx J | Ak

ϕ=i<l(jAixjjBi¬xj),
|Ai|+|Bi|kinn=n/bbk1nlognϕ すべてのために有効であるN'タプルT0...TN'-1[0J'<B、我々は定義する N個のJが=T b 1 t uxbuxbu
あなたは<nTtあなたはbバツbあなたはバツbあなたは+11<ljAバツjjBNj
n、ここで、任意用 J = B U + J ' 0 + J ' - 1X B U + J ' + 1... X B U + 1 - 1Tをサイズ O 2 b)のモノトーンDNFとして 書くことができますt0tn1[0b]j=bあなたは+j0j<b
Nj=Ttub1(xbu,,xbu+j1,xbu+j+1,,xb(u+1)1).
をサイズO2b)の単調なCNFとして。したがって、)のLHSはサイズOn2b)の単調なCNFです。右側に、Njと書くことができますTtbO(2b)()O(n2b)NjO2b。したがって、分配性を使用して、RHSの各論理和はサイズ単調DNFとして記述でき、RHS 全体はサイズO l 2 k b)の DNFです。それはそれを次の* サイズの私達の問題のインスタンスであるO L 2 O k個のB におけるn個の変数。仮定により、時間O O2kbOl2kbOl2OkbnO2δn+OkblO1bnt
Ob+1n/b2δn+OkblO1=O2δn+OknログnlO1

k3kΦkΨk

sk=inf{δ:k-SATDTIME(2δn)},s=sup{sk:k3}.
sk=inf{δ:k-MonImpDTIME(2δn)},s=sup{sk:k3}.
s3s4s1
sksk,
sk2sk.
b
sksbk+log(b+1)b,
s=s.
s=1sk>0k3

ΦΨTkn2nΩ1/d 深さの下限d、しかし、言う、 2nサイズは大丈夫でしょう。
サーシャKozachinskiy

Tkn、および一般に、多項式サイズの式(NC ^ 1など)で計算可能なものはすべて、深さ-d サイズの回路 2nO1/d。たとえばcstheory.stackexchange.com/q/14700を参照してください。あなたがそれらをモノトーンにすることができるかどうかを考えなければなりませんが、もっともらしいように聞こえます。
エミールイェジャベクはモニカをサポートします

OK。まず、一般的な構成はモノトーン設定で正常に機能します。関数にポリサイズのモノトーン式がある場合、深さ-d サイズの単調な回路 2nO1/dpolyn のために d2。第二に、Tkn 特に、単調な深さを構築するのは簡単です。3 サイズの回路 2Onログn 入力をサイズのブロックに分割することにより Θnログn
エミールイェジャベクはモニカをサポートします

実際、この考えをもう少し押し進めて、元の質問に対する答えを提供します。SETHを仮定すると、下限はすでに Φ モノトーンCNFおよび ΨモノトーンDNF。後で書きます。
エミールイェジャベクはモニカをサポートします

すべての変数を約に分割できると思います n ブロック バツ1バツn そして書く Tk1nバツ1Tknnバツnϕ すべてのための k1++knn。使用できます2n-sizeしきい値関数ごとのCNF。しかし、その後、右側にあなたはいないDNFが、深さ3式...持っています
サーシャKozachinskiy
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