順序制約のあるパーティションの問題


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OrderedPartition問題、入力は、二つの配列であり、n正の整数であり、(ai)i[n]及び(bi)i[n]。出力は、インデックス[n]を2つの互いに素なサブセットIおよびJに分割したものです。

  1. iIai=jJai
  2. すべてのためのiIとすべてのためjJbibj

言い換えると、最初にbiが弱く増加するようにライン上のインデックスを並べ替えてから、両側のai合計が同じになるようにラインをカットする必要があります。

すべてのbiが同じである場合、条件2は無関係であり、NPハードPartition問題のインスタンスがあります。一方、すべてのbiが異なる場合、条件2はインデックスに単一の順序付けを課すため、チェックするオプションはn1のみであり、問​​題は多項式になります。これらのケースの間で何が起こりますか?

質問を定式化することによって定義OrderedPartition[n,d]するために、1dn、サイズのインスタンスに制限問題nの同一の最大部分集合した、bi -sがサイズであるd。したがって、すべてのbi -sが異なる場合の簡単なケースはis OrderedPartition[n,1]であり、すべてのbi -sが同じ場合のハードケースはOrderedPartition[n,n]です。

より一般的には、任意のnおよびdについて、任意のOrderedPartition[n,d]場合において、条件2に関連する可能なパーティションの数はO(n2d)です。従って、もしdO(logn)、次にOrderedPartition[n,d]依然としての多項式であるn

一方、任意のnおよびdPartitionについて、d整数の問題からに減らすことができますOrderedPartition[n,d]。ましょうp1,,pdのインスタンスですPartition。のインスタンスを定義しますOrderedPartition[n,d]

  • i{1,,d}、聞かせて私を= 2 N P IおよびbはI= 1ai:=2npibi:=1
  • i{d+1,,n}、聞かせてI= 1及びbはI= iが [あればN - dが奇数で、作るnは= 2合計が偶数となるように]ai:=1bi:=i
    ndan:=2

従って、もしdΩ(n1/k)、任意の整数のためのk1、次いでOrderedPartition[n,d]NP困難です。

質問:中間の場合はどうなりますか?dは超対数ですが、n部分多項式ですか?

回答:


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直感的には、中間ケースはPでもNPハードでもないはずです。おそらくそれは、「中間のケース」が何を意味するかによります。これは、私たちが何かを証明できる1つの解釈です。

注:指数タイム仮説、またはETHは、それがすべての定数のために、とは限らないということであるϵ>0、SATが時間内に実行されているアルゴリズムを有する2nϵこの cs.stackexchangeの説明も参照してください。私たちの知る限り、ETHは真実です。

OPの定義CをインスタンスにOrderedPartition問題の制限であるとD ログC N。等価的に、インスタンスの場合、N 2 D 1 / C。ここでは、OP cが「中間インスタンス」による投稿の意味をキャプチャすることを意図しています。これらのインスタンスがPでもNPハードでもない可能性が高いことを示しています。cdlogcnn2d1/cc

補題1. OP cがすべてのcの Pにある場合、ETHは失敗します。cc

証明。 OP cがすべてのcに対してPにあるとします。つまり、一部の関数fについて、OP cには、時間n f c )で実行されるアルゴリズムがあります。サイズnの SAT入力は、いくつかの定数bおよび任意の定数c > 0 に対して、(投稿で説明されているようにパーティションを介して)OrderedPartition [ 2 n b / cn b ]に減少します。したがって、サイズnの SAT入力は、サイズ2 nの OP cインスタンスに減少します。ccfcnf(c)n[2nb/c,nb]bc>0nc2nb/c、これはOPcのアルゴリズムを介して時間2f(c)nb/cで解決できます。いずれかのためにε>0、たとえば、撮影C=2B/εを、SATは、時間的に解決することができる2 C ' N ε / 22 N ε(大きいため、NETHに違反します)。cϵ>0c=2b/ϵ2cnϵ/22nϵn    

22n

cc

ccncO(nb)b[nb,d]dlogc(nb)nO(1)2d=nO(1)2logc(nb)    

d(n)nd(n)d[n,d(n)]d(n)ndp(n)p(n)p(n)

ps SATのサブ指数証明/アルゴリズムの結果も参照してください。


非常に興味深い、ありがとう!
Erel Segal-Halevi
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