多項式時間で正確または近似的に解くことができる数学プログラムのクラスは何ですか?


31

私は、どのタイプの(連続)数学プログラム(MP)を効率的に解くことができ、どのタイプはできないかについて、連続最適化の文献とTCSの文献にかなり混乱しています。継続的最適化コミュニティは、すべての凸型プログラムを効率的に解くことができると主張しているようですが、「効率的」の定義はTCSの定義と一致しないと思います。

この質問はここ数年私を悩ませており、明確な答えを見つけることができないようです。多項式時間で正確に解くことができるMPのクラス、およびその手段によって、これを一度解決するのに役立つことを願っています。そして、多項式時間で正確に解けないMPの最適解を近似することについて何が知られていますか?

以下に、この質問に対する不完全な回答を示しますが、これは一部の場所でも間違っている可能性があります。そのため、間違っている箇所を確認して修正してください。また、答えられないいくつかの質問も述べています。

楕円体法または内点法を実行し、その後、丸め処理を実行することにより、線形計画法を多項式時間で正確に解くことができることは誰もが知っています。線形プログラミングは、「分離オラクル」を提供できる限り、任意の超大量の線形制約を持つLPファミリーに直面する場合、変数の数の時間多項式で解くことさえできます。 、そのポイントが実行可能かどうかを決定するか、実行可能なポイントの多面体からポイントを分離する超平面を出力します。同様に、これらのLPの双対に分離アルゴリズムを提供する場合、任意の超大量の変数を持つLPファミリーに直面するときの制約の数における時間多項式の線形計画法。

楕円体法は、目的関数の行列が正(半?)定である場合に、多項式時間で2次プログラムを解くこともできます。私は、分離オラクルのトリックを使用することにより、信じられないほどの数の制約を処理している場合、これを行うこともできると考えています。本当?

最近、半正定値プログラミング(SDP)は、TCSコミュニティで多くの人気を得ています。内点法または楕円法を使用して、任意の精度でそれらを解決できます。平方根を正確に計算できないという問題のために、SDPは正確に解決できないと思います。(?)SDP用のFPTASがあると言ったら正しいでしょうか?私はどこでもそれを述べたことを見なかったので、それはおそらく正しくない。しかし、なぜ?

LPとSDPを任意の精度で正確に解くことができます。他のクラスの円錐プログラムはどうですか?楕円法を使用して、2次コーンプログラムを任意の精度で解くことができますか?知りません。

楕円体法を使用できるMPのクラスはどれですか?このようなMPは、任意の精度まで答えを与えるためにどのような特性を満たす必要があり、多項式時間で正確な解を得るためにどのような追加の特性が必要ですか?内点法についても同じ質問です。

ああ、そして最後に、コンティニュアスオプティマイザーが凸プログラムを効率的に解くことができると言っているのはなぜですか?凸プログラムに対する任意精度の答えが多項式時間で見つかるのは本当ですか?そうではないので、「効率的」の定義はどの面で私たちのものと異なるのでしょうか?

どんな貢献でも大歓迎です!前もって感謝します。


6
この質問のタイトルは広すぎます。あなたが本当に知りたいのは、凸プログラムが多項式時間で本当に解けるかどうかです。
ピーターショー

出向。バート、多分あなたは特定の質問に物事を分解できますか?
スレシュヴェンカト

PeterとSuresh、これらの提案に感謝します。私が書いたことから、凸型プログラムをポリタイムで解くか近似することができるかどうかという問題だけに興味があるわけではないということです。私は基本的に楕円体法と内点法の限界に興味があり、どのクラスのMPが効率的に機能するかを誰かが正確に知っていることを望んでいます。これについての現在の文献は、これについて(私にとって)明確ではないので、私はこれを尋ねます。
バート

個人的には、このスタック交換の質問への回答などのように、1つの場所でこの概要を把握しておくといいと思います。私にとっても、これはかなり一貫した質問のようです。しかし、stackexchanngeが初めてなので、ここの文化と倫理に精通していません。だから、あなたが主張する場合、この質問を複数の小さな質問に分割する方法を見つけようとします。
バート

1
この質問の範囲は広すぎて答えが出ないと思います。楕円体法と内点法の限界は良い質問であり、凸型プログラムに対して何ができるかは良い質問ですが、アルゴリズムのタイプやプログラムのタイプを指定しない場合は、基本的に質問していますあなたの答えの連続的な最適化の分野全体の要約のために、これはほとんど不可能です。それは小さな分野ではありません。ただし、質問をそのままにすると、別の良い部分的な答えが得られる可能性が高くなります。
ピーターショー

回答:


18

私はこの部分に答えることができます:

SDPにFPTASがあると言ったら正しいでしょうか?私はどこでもそれを述べたことを見なかったので、それはおそらく正しくない。しかし、なぜ?

声明は正しいが、より弱い声明よりも強い声明が保持され、より重要であるため、私たちはしばしばそれを見ない。

FPTASは多項式時間アルゴリズムであり、問​​題と精度パラメーター1 kが与えられると、(1 + 1 / k)近似解を出力します。

しかし、SDPの場合、楕円法と内点法は、問題と精度パラメーター1 kが与えられると、(1 + 2 k)近似解を出力する多項式時間アルゴリズムを提供します。近似係数は、FPTASに必要なものよりもはるかに優れていることに注意してください。


楕円法と内点法は多項式時間で実行するために追加の条件が必要なので、これにはもう少し注意が必要です。
岡本良夫

これ、ありがとう!ヨシオ、これが何を意味するのか明確にできますか 特定のSDPに必要な条件があることを本当に意味しますか、それ以外の場合、SDPはポリタイムでそのように近似できませんか?その場合、これは私にとって驚きであり、これらの条件について知りたいと思います。ありがとう。
バート

@Bart:たとえば、Lovasz cs.elte.hu/~lovasz/semidef.psの講義ノートを見ると、定理3.7(ページ19)が凸最小化のための楕円法の実行時限界について語っていることがわかります。 。そこでは、いくつかの技術的な仮定が課せられます。
岡本芳雄

4
rRlogR/r

これに感謝します。これは私の質問の非常に大きな部分に答えます。この知識は理論的なコンピューター科学者にとって非常に有用なツールになり得るように思えますが、それでもそれはまったく知られていないようで、ほとんどどこにも述べられていません。奇妙な。
バート

弊社のサイトを使用することにより、あなたは弊社のクッキーポリシーおよびプライバシーポリシーを読み、理解したものとみなされます。
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.