P = PHを超えてP = NPを増幅できますか?


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記述複雑さ、Immermanあり

系譜7.23。次の条件は同等です
。1. P = NP。
2.有限の順序付けられた構造、FO(LFP)= SO以上。

これは、P = NPを(おそらく)より複雑なクラスの同等のステートメントに「増幅」するものと考えることができます。SOは多項式時間階層PHをキャプチャし、FO(LFP)はPをキャプチャするため、P = PHの場合、これはP = NPと考えることができます。

(これの興味深い部分は、P = NPがP = PHを意味するというステートメントです。NPを含むすべてのクラスCCでP = CCがP = NPを意味することは簡単です。Immermanは単に「if P = NP then PH = NP」おそらく、P = NPをPHのオラクル定義とともに使用して、階層全体が崩壊することを帰納的に示すことができるからです)

私の質問は:

この方法でP = NPをさらに増幅できますか?

特に、P = NPがP = CC 'を意味する最大の既知のクラスCC'と、P = NPがCC = NPを暗示する最小のクラスCCとは何ですか?これにより、P = NPを同等の質問CC = CC 'に置き換えることができます。Pはかなり強力なクラスであるように見えます。これは、NPからNPを分離しようとする引数に、「ウィグルルーム」をほとんど提供しないように見えます。

もちろん、P = PHがこのアプローチの限界であることを示す議論にも興味があります。


編集:密接に関連する質問に注意してくださいP = NPがP = AP(つまりP = PSPACE)を意味しないのはなぜですか?P = PSPACEであるという証拠がない理由 KavehとPeter Shorによるそこでの答えは、修正される交替の数が重要であると主張しています。別の関連する質問は、PHにあることが知られていないが、候補の問題を求めるP = NPの場合はPになる決定問題です。これらのクラスは多少人工的ですが、この質問に対する回答を作成するためにそこの回答も使用できます(これを指摘してくれた伊藤剛のおかげです)。より一般的な設定では、exptimeとalternationのチューリングマシンの崩壊 多項式時間階層で起こるように、交代階層の任意のレベルでの局所的な崩壊が上方崩壊を引き起こすかどうかを尋ねます。



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P = NPの場合、Pに含まれる言語を形式化する方法として、Reganは複雑度クラスHを導入しました。LがすべてのオラクルOに対してP Oにある場合にのみ、言語はHにあり、P O = NP Oです。したがって、ステートメントP = NPの場合、LはHにあります。LOOOOL P相対化します。PH H交替時O ログ対数Nをp個の入出力LのY。戸田の定理、と戸田の定理における補題の一部からは、それもまた真であるH Pの M OのDの q個のPすべてのためのq。(基本的に、P O = NP Oを満たすオラクルはHに新しい上限を与えます。H= PHであるかどうかに関係なくオープンです。)L(O(loglogn),poly)modqPqOO
ラッセルインパリアッツォ

4
@ラッセル:ありがとう!そのコメントは答えのように聞こえます。
アンドラスサラモン

5
最後に、Ken Reganのクラスへの参照が見つかりました:citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.32.8927で入手可能な「インデックスセットと複雑度クラスのプレゼンテーション」の定義6.3を参照してください。公式バージョン:dx.doi.org/10.1016/0304-3975(95)00146-8H
ジョシュアグロチョウ

3
f(n)を無制限の関数とします。H交替時(F(n)は、ポリ)に含まれているとあなたが証明できれば、P = NPがP =交替時暗示されていない(F(n)を、ポリ)その後、NPがL.とは異なっている
ランス・フォートナウ

回答:


6

Russell Impagliazzoのコメントから

P = N Pの場合、言語を形式化する方法として、Reganは複雑度クラスHを導入しました。言語Lは、であり、H場合に限り、Lはであり、P Oの すべてのOracleに対してOようP O = N P O。したがって、ステートメントP = N Pの場合、LHにあります。 PP=NPHLHLPOOPO=NPOLH相対化します。 P HHA のL TのT iは、mは電子のO LG LG N p個の入出力LのY。戸田の定理、と戸田の定理における補題の一部からは、それはそれも事実である HPのm個の入出力のD Q Pすべてのためのq。基本的に、 P O = N P O を満たすオラクルは、新しい上限を与えます。P=NPLPPHHAltTmeOlglgnpolyHPmodqPqPO=NPOH = P Hに関係なく開いています。HH=PH

そしてランスフォートノウのコメントから

してみましょう任意の無制限関数です。 Hは、中に含まれていないL個のTのT iは、mがEF N p個の入出力LのY、あなたが証明できれば P = N Pは意味Pは = リットルのT T iは、mがEF N p個のOをl yその後NfnHAltTmefnpolyP=NPP=AltTmefnpoly Lとは異なります。NPL

定義についてはで定義6.3を参照してくださいH


1
@ジョシュ、ランスのコメントに関して、ラッセルのコメントによれば、は無制限であり、AltTime(f、poly)にはHが含まれているため、何かが欠けていると感じています。f(n)=lglgn
カヴェー

3
私は何かについて混乱しています。このトピックに関する以前の質問(cstheory.stackexchange.com/a/2039/1575)に対するJosh Grochowの回答が、本質的にReganの質問にも本質的に答えないのはなぜですか?すなわち、相対論的議論によりP = NPならばPにある言語Lの例を与えないのに、P!= NPならPHにはないのはなぜですか?したがって、P!= NPの場合、HがPHよりも厳密に大きいことを表示しないのはなぜですか?
スコットアーロンソン

3
実際、私に可能な答えが発生します。Grochowの構築において、言語Lのまさに定義がオラクルOに依存するという問題はありますか?
スコットアーロンソン

1
@Scott:確かに、どの文字列が対角化に使用される(そして実際、Lに入れられるか、Lに入れられるか)オラクルに依存するため、あなたの可能な答えは正しいです。より詳細には、場合、言語Lは有限であるため、異なるOの異なるLは有限にのみ異なります。我々はすべて考慮すればしかし、Oは、このようなP ON P O、その後、Lこれらの異なるためOは神託のこのセットはの密な部分集合であることからしても、p型と同等にすることはできません2 Σ *PO=NPOLLOOPONPOLO2Σ
ジョシュアグロチョフ

5

私が書いたように、他の質問に私の答え ましょうのは、解くアルゴリズムを与えることにより、交替の数に引数は建設的かつ均一にする、我々はSATのための多項式時間アルゴリズムを持っている場合、私たちはなるだろうかを見ることを想定kは一定ではありません。ΣkPk

してみましょう 2つの入力とDTMことのxyのN P問題の検証者と考えてください。MバツyNP

ましょ TM変換アルゴリズムであるMの大きさの回路にS NT P O LのY 演算Mのサイズの入力にNのためのT手順。CookMntMsntpolyMnt

仮定すると決定論的アルゴリズムが存在するA時間に回線SAT証明書拡張の問題を解決するのp P O のL yはP=NPAppoly

これらの要素を使用して、定量化されたブール式を与え、再帰的に最も内側の量指定子を削除し、それを量指定子のない量指定子で置き換えるTQBFのアルゴリズムを定義します。ましょうで表される大きさIステップ番目、次に我々は、SをI + 1 =のS P S I。式がある場合はk個の数量を我々がで終わるQ N = S P KN Nss+1=spskqn=spknn 入力として指定されたTQBF式のサイズです。

場合、その後一定であるQ N P O リットルY。回路値はP であるため、多項式時間アルゴリズムがあります。kqnpolyP

場合その後、qはN もう多項式時間ではありません、我々はしているアルゴリズムを取得N 2 O kは。例えば、k = lg lg nの場合 、準多項式時間アルゴリズムを取得します。以下のためのk = LG のn我々は自明でない何かを得ることはありません。kω1qnn2Okk=lglgnk=lgn


私は、私たちが本当にに興味があることは最大のクラスだと思うように T P = N PP = C Tは、すべて私たちの現在の結果を正式にする強力な十分な理論である(例えば、あなたがあることそれを取ることができるZ F C)ので、これらの結果の主なポイントは、PN Pを証明しやすくすることです。C

TP=NPP=C
TZFCPNP

より弱い理論を採用した場合、結果はまだ興味深いかもしれませんが、実際には最大値の上限ではありません。Reganが相対化を使用してH を定義するとき、彼は本質的に相対論するものに引数を制限しています。我々はより大きなクラス得るかもしれない相対化しない結果使用している場合はH に等しくなるP場合P = N PをCHHPP=NP


BPP=PPP=PSpace

また、複雑なクラスを相対化する正しい方法は1つだけであるという考えもありますが、これは多くの誤解を引き起こします(拡張的な意味での相対化を複雑なクラスの機能操作として考えるなど、相対化は計算モデルの修正です) 、関数や言語のクラスではありません)。相対化を修正(インタラクティブ)計算フレームワークとして見る方が便利だと思います。このように、複雑なクラスを(その意図的な意味で)相対化する多くの便利な方法があります。相対化されたフレームワークから相対化されていない設定に関する情報を取得するには、非標準分析転送原理に類似した何らかの転送原理が必要です。。クラス間の既知の関係を保持するクラスの相対化の特定の方法を選択しても、転送原理は得られません(これは、クラスの「正しい」相対化とは何かを決定するために文献で一般的に使用される主要な基準です)。


私は、「相対論をインタラクティブな計算フレームワークとして見る方が、私の意見ではより有用だと思う」という点で同意しています。つまり、相対対話の提示は、機械(対話型のoracleアクセス)が最初に与えられ、対戦者が神託の言語を選択することができる状況から開始することにより、より直感的に理解できるようになります。次に、(複雑な)oracle言語が最初に与えられる状況に切り替わり、特定のoracleによって与えられた世界にマシンを適応させることができます。
トーマスクリンペル
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