理論計算機科学

理論計算機科学者および関連分野の研究者のためのQ&A

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実装するには複雑すぎる強力なアルゴリズム
実装するには単純に複雑すぎる正当なユーティリティのアルゴリズムとは何ですか? 明確にしましょう:現在の漸近最適行列乗算アルゴリズム(Coppersmith-Winograd)のようなアルゴリズムは探していません。これは実装するのに合理的ですが、実際には役に立たない定数を持っています。実用的な価値があると思われるアルゴリズムを探していますが、コーディングが非常に難しく、実装されたことがない、非常に人工的な設定でのみ実装されている、または非常に特殊な用途にのみ実装されています。 また、優れた漸近性を備えていますが、実際のパフォーマンスが低い可能性が高い、実装不可能に近いアルゴリズムも歓迎します。

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理論計算機科学における代数構造の使用
私はソフトウェアの専門家であり、個人研究用の代数構造に関する調査を書いており、これらの構造が理論的コンピューターサイエンス(およびそれよりも程度は低いが、コンピューターサイエンスの他のサブフィールド)でどのように使用されるかの例を作成しようとしています。 グループ理論の下で、私は形式言語の構文モノイドと、並列/並行コンピューティングのトレースと履歴モノイドに出会いました。 リング理論の観点から、グラフ処理とセミリングベースの解析のためのセミリングフレームワークに出会いました。 私の研究では、モジュール理論から代数構造の使用法をまだ発見していません(そしてそうしたいと思っています)。 さらなる例があり、それらを見つけるのに適切な場所を探していないだけだと思います。 理論的なコンピューターサイエンス(およびコンピューターサイエンスの他のサブフィールド)で一般的に見られる上記のドメインの代数構造の他の例は何ですか?あるいは、これらのトピックをカバーする可能性のある、どのジャーナルまたは他のリソースを推奨できますか?

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TCSのどの興味深い定理がAxiom of Choiceに依存していますか?(あるいは、決定の公理?)
数学者は、選択の公理(AC)および決定の公理(AD)を心配することがあります。 選択の公理:任意の集合を考える空でない組は、関数があるセットが与えられると、そのにおける、メンバー返し。 f S C SCC{\cal C}fffSSSCC{\cal C}SSS 決定性の公理:を無限に長いビット文字列のセットとする。アリスとボブは、無限の文字列が構築されるまで、アリスが最初のビットを選び、ボブが2番目のビット選ぶというゲームをします。場合、アリスがゲームに勝ち、場合、ボブがゲームに勝ちます。仮定は、すべてのに対して、プレイヤーの1人に勝利戦略があるということです。(たとえば、がすべて1の文字列のみで構成されている場合、Bobは有限数の動きで勝つことができます。)B 1 、B 2、X = B 1 B 2 ⋯ X ∈ S X ∉ SSSSb1b1b_1b2b2b_2x = b1b2⋯x=b1b2⋯x = b_1 b_2 \cdots X ∈ Sx∈Sx \in SX ∉ Sx∉Sx \not \in S SSSSSSS これら2つの公理は互いに矛盾していることが知られています。(それについて考えるか、ここに行きます。) 他の数学者は、証明におけるこれらの公理の使用にほとんど注意を払っていません。私たちは主に有限のオブジェクトで作業していると考えているため、それらは理論的なコンピュータサイエンスとはほとんど無関係のようです。ただし、TCSは計算上の決定問題を無限ビット文字列と定義し、(たとえば)自然の漸近関数としてアルゴリズムの時間の複雑さを測定するため、これらの公理のいずれかの使用が忍び寄る可能性が常にありますいくつかの証拠に。 これらの公理の1つが必要な場所を知っているTCSで最も印象的な例は何ですか?(例を知っていますか?) 少しだけ予言するために、(すべてのチューリングマシンのセットに対する)対角化引数は、選択の公理の適用ではないことに注意してください。チューリングマシンが定義する言語は無限ビット文字列ですが、各チューリングマシンには有限の記述があるため、ここでは無限に多くの無限集合に対して選択関数を実際に必要としません。 (例がどこから来るのかわからないので、多くのタグを付けました。)

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TCSのプログラム方法を知ることはどれほど重要ですか?
より数学的な背景から来て、私は実際にコーディングする方法を学びませんでした。私はTCSで博士号を取得していますが、多くの人々は、プログラミング(およびコンピューター全般)について私がほとんど知らないことに驚きました。擬似コードでアルゴリズムを書くことはできますが、プログラミング言語はまったく知りません。 いつか自分の仕事のためにいくつかのアルゴリズムを実装する必要があるかもしれないと想像できますが、この瞬間を待つことができますか?それとももっと何かありますか? TCSでコーディングする方法を知ることは(プログラミングが直接関与していない分野で)どれほど重要ですか:CC理論家が(たとえば)コーディング方法を知ることができる理由はありますか?コーディング方法を学ぶのに多くの時間を費やす価値はありますか?そして、もしあれば、より適切なプログラミング言語のカテゴリ(機能的、命令的、オブジェクト指向..)がありますか?

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ある -completeの問題はより本質的に少なく扱いやすい -completeの問題?
現在、大規模な入力の一般的なケースでは、問題または問題のいずれかを解決することは実行不可能です。ただし、どちらも指数時間と多項式空間で解くことができます。P S P A C ENPNPNPPSPACEPSPACEPSPACE 非決定的または「ラッキー」なコンピューターを構築することはできないので、問題がまたは場合、それは私たちに何か違いをもたらしますか?P S P A C ENPNPNPPSPACEPSPACEPSPACE


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Pの実行時境界は決定可能ですか?(回答:いいえ)
質問は、次の質問が決定可能かどうかです。 問題 整数およびチューリングマシンがPにあると約束された場合、入力の長さに関しての実行時間は?kkkM O(n k)nMMMMMM O(nk)O(nk){O}(n^k)nnn 「はい」、「いいえ」、または「オープン」という狭い回答は受け入れられますが(参照、証明スケッチ、または現在の知識のレビューを含む)、より広範な回答も大歓迎です。 回答 Emanuele Violaは 、質問が決定不能であることの証拠を投稿しました(以下を参照)。 バックグラウンド 私にとって、この質問は、Pのランタイムは上限にEXPリソースを必要としますかという質問に対するLuca Tevisanの回答を解析する際に自然に生じました。…具体的な例は知られていますか? この質問は、MathOverflowの質問にも関連しています。数学で最も魅力的なチューリングの決定不可能な問題は何ですか?、「数学」という言葉が「工学」に変更されたバリエーションでは、実行時間の推定は(たとえば)制御理論と回路設計に関連する普遍的な工学問題であると認識されています。 したがって、この質問をする際の幅広い目的は、複雑度クラスPでの実行時推定の実際的な側面が実行可能である(つまり、推定にPの計算リソースを必要とする)か、実行不可能である(つまり、推定するにはEXPに計算リソースが必要です)、正式には決定できません。 ---編集(回答後)--- Violaの定理をMathOverflowのコミュニティウィキ「魅力的なチューリング決定不能問題」に追加しました。 複雑度クラスPに関連付けられたwikiの最初の貢献です。これは、ヴィオラの定理の新規性、自然性、および広範な範囲(およびIMHOの美しさ)を証明しています。 ---編集(回答後)--- ジュリス・ハートマニスのモノグラフFeasible計算と証明可能な複雑性プロパティ(1978)は、Emanuele Violaの証明とほぼ同じ内容をカバーしています。

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PPのPHの詳細
最近の質問クラスPHがクラスPPに含まれていたかどうかを尋ねるハックベネットによっては、(それはそう、すべてtrue)をやや矛盾した答えを受けました。一方で、いくつかのオラクルの結果が反対に与えられ、他方でスコットは、戸田の定理がPHがPPの確率的変種であるBP.PPにあり、ランダム化はあまり役に立たない。たとえば、合理的な硬度の仮定は、ランダム化を置き換えることができるPRGを意味する。 現在、PPの場合、「完全な」PRGでさえ完全なランダム化解除を暗示することはアプリオリに明確ではありません。 。PP計算の中で多数決をとることがPP自体でできることは明らかではありません。しかし、FortnowとReingoldの論文は、PPが真理値表の削減の下で閉じられていることを示しています(PPが交差点の下で閉じられているという驚くべき結果を拡張しています)。 ここでの質問は何ですか?戸田、Fortnow-Reingold、およびすべてのPRGベースのランダム化解除はすべて相対化するようであるため、適切なPRGが存在するすべてのオラクルのPPのPHを意味します。したがって、PPにPHが含まれていないすべてのオラクル(Minski &Papert、Beigel、Vereshchaginなど)の場合、PPのPRGは存在しません。特に、これは、これらのオラクルにはEXPに適切なハード機能がないことを意味します(そうでなければNW-IWに似たPRGが存在します)。良い面を見ると、これは、これらのオラクル結果のそれぞれの内側のどこかで、そのオラクルで(近似)EXPの(不均一な)PPアルゴリズムが隠れていることを意味します。これらのオラクルの結果はすべて、新しいPPの下限に依存しているように見えるため、これは奇妙です。(しきい値回路用)であり、オラクル構築機構が単純なので、PPの上限がどこに隠れているかわかりません。おそらく、この上限は、(非均一)-PPがすべてのEXPを計算(または少なくともある程度のバイアスを与える)できることを示すのに一般的に機能しますか?そのようなものは、少なくともEXPのCHシミュレーションを提供しませんか? だから、私の質問は2つあると思います:(1)この推論の連鎖は理にかなっていますか?(2)その場合、誰かがPPの暗黙の上限を「発見」できますか? アーロン・スターリングによる編集:これをフロントページにぶつけ、賞金を追加します。これは私のお気に入りの質問の1つで、まだ答えがありません。

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理論計算機科学における一般的な誤った信念
10/12/08に編集: 質問を修正して、より多くの人が意見を共有できるようにしましょう。あなたの貢献が必要です! この投稿は、MOの1つに触発されています:数学における一般的な誤った信念の例。大きなリストは、品質を制御するのが難しい膨大な数の回答を生成する場合がありますが、MOに関する関連記事が成功した後、TCSの一般的な誤った信念のリストを作成することが役立つと確信しています。 それでも、このサイトは研究レベルの質問に答えるために設計されているため、ような例は非多項式時間を意味するので、リストに載せないでください。その間、難しくないかもしれないいくつかの例が欲しいが、詳細に考えることなく、それは同様に合理的に見える。この例は教育的なものであり、通常は対象を初めて勉強するときに表示されます。NPNP\mathsf{NP} この分野で勉強している人々に見える、理論的なコンピューターサイエンスにおける一般的な誤った信念のいくつかの(自明でない)例は何ですか? 正確に言うと、TCSの驚くべき結果や直感に反する結果とは異なる例が必要です。この種の結果は人々を信じ難くさせますが、それは真実です。ここでは、人々は一見真実であると思われるかもしれないが、より深く考えた後、内部の欠陥が暴露されるという驚くべき例を求めています。 リストの適切な回答の例として、これはアルゴリズムとグラフ理論の分野から来ています。 以下のために -nodeグラフ、 -EDGEセパレータサイズのエッジの部分集合であるのノード、それぞれがせいぜいで構成され、2つの隣接していない部分に分割することができるノード。次の「補題」があります。G k S k G ∖ S 3 n / 4nnnGGGkkkSSSkkkG∖SG∖SG \setminus S3n/43n/43n/4 ツリーには1エッジのセパレータがあります。 右?

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論文を審判するにはどうすればよいですか?
以下に更新 私たちは皆、ピアレビューの決定的な重要性を知っています。これは、品質管理と研究に関するフィードバックの主要な形です。ただし、初期段階の研究者(私のような)にとっては、混乱を招くシステム/プロセスになることがあります。 したがって、科学的な審判プロセスに関するガイダンスを提供する論文がいくつかあります。コンピューターサイエンスからの2つの(非常に異なる)例- この1994年のParberryによる記事と、最近のCormodeによる記事 -は素晴らしいアドバイスを提供します(後者は陰謀の悪戯かもしれませんが)。 ここでは、特に理論的なコンピュータサイエンスの特性に関連して、レビュープロセスについて、このコミュニティの経験豊富なメンバーから幅広いアドバイスを求めたいと思います。 論文の結果の重要性を判断する主な基準は何ですか?会議/ジャーナルに論文を受け入れるべきかどうかを判断するにはどうすればよいですか?正当性を検証することは重要ですか? 審判レポートの主な要素は何ですか?どの部分が最も重要ですか?(非)受け入れの推奨を与えることは常に必要ですか?レポートには何が含まれ、編集者だけに何が含まれますか? 会議の評価は、ジャーナルの評価とどのように異なりますか?会議のレポートは、ジャーナルのレポートとどのように異なりますか?(いったいどうすれば私の推奨事項の「自信」を評価できますか?)ジャーナルのバージョンは会議の論文とは大きく異なるべきですか? 論文が理解できない場合はどうなりますか?...の証拠?(それは私のせいですか?) 誤字/文法上の間違いはどうですか?それらがたくさんある場合はどうなりますか? レポートにどれくらいの時間を費やすべきですか? 1年にいくつのレポートを作成する予定ですか?レフェリーへのリクエストを拒否することはいつ受け入れられますか? もちろん、これはCWであるため、このトピックに関する他の関連する質問と回答をお勧めします。 この質問は、MathOverflowでの同様の投稿に触発された(盗まれた)ものです。 2011年2月15日更新: 私は、特に会議論文のレビューとプログラム委員会のメンバーシップに関して、この質問についてより多くの意見を得ることに非常に興味があります。(これらの2つの役割はそれ自体が異なる獣であり、どちらもジャーナル記事IMOのレフェリーとは非常に異なります)。理論的なコンピューターサイエンスのすべての研究者が最終的に引き受けなければならない責任。 時間。委員会メンバーまたは会議レビュアーとしてどれくらいの時間を費やす予定ですか?数週間のうちに10個以上を処理できる可能性があるとしたら、どうすれば時間切れを回避できますか?時間を過ごす最も重要なことは何ですか? 信頼。論文が私の専門分野から離れすぎている場合はどうなりますか?他の誰かが提出物をレビューするように指名/依頼する際に考慮すべき要素は何ですか?自分の専門分野からそれほど離れていない場合、レビューすることを選択した場合、いつ信頼度評価1を与えることができますか? 基準。ジャーナルと会議には重大な違いがあります。いくつかの非常に重要な論文は、ジャーナルに掲載されていません。いくつかの非常に重要な論文は、以前は会議に登場しませんでした。これらの設定で論文を評価する基準の最も重要な違いは何ですか? 推奨事項。本質的に、主にスペースと時間の制約により、会議論文の著者に提供できる推奨事項は少なくなります。また、通常、レビューは1回のみです。別の考慮事項は、私の報告書が強力な委員会全体に公開されることです。私が提供できる提案/指令の範囲は何ですか? 以前と同様に、特定の質問をするのを逃したと思われる場合は、お知らせください、または直接編集してください。結局のところ、これはCWです。 これらの新しい考えは、Sureshが彼のブログで言及した論文を読むことにより、部分的に動機付けられています。

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トポロジーのコンピューターサイエンスへの応用
コンピューターサイエンスにおけるトポロジの応用に関する調査を作成したいと思います。私は、コンピューターサイエンスのトポロジカルなアイデアの歴史を取り上げ、現在のいくつかの開発を強調する予定です。誰かが以下の質問について意見を述べることができれば、非常に役立ちます。 コンピューターサイエンスでのトポロジの使用の時系列を説明する論文やメモはありますか? トポロジーの結果のコンピューターサイエンスへの最も重要な応用は何ですか? トポロジーを使用して計算の洞察を得る現在の研究で最も興味深い分野は何ですか? ありがとう!

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ツリー幅の概念の起源
今日の私の質問は(いつものように)ちょっとばかげています。しかし、私はあなたに親切にそれを考慮するように要請します。 ツリー幅の概念の背後にある起源や動機について知りたいと思いました。FPTアルゴリズムで使用されていることは確かに理解していますが、それがこの概念が定義された理由だとは思いません。 ロビン・トーマス教授のクラスで、このトピックに関する筆記ノートを作成しました。私はこの概念のアプリケーションのいくつかを理解していると思います(ツリーの分離プロパティを分解されたグラフに転送するように)が、何らかの理由で、この概念が開発された理由はグラフの近さを測定することであると確信していません木に。 私は自分自身をより明確にしようとします(できるかどうかはわかりませんが、質問が明確でない場合はお知らせください)。同様の概念が、この概念が「借用」されたと思われる数学の他の分野のどこかに存在したかどうかを知りたい。私の推測はトポロジーになりますが、背景が不足しているため、何も言えません。 私がこのことに興味を抱く主な理由は、その定義を初めて読んだとき、誰がなぜそれをどのように思い、どのような目的で考えるのかわからなかったからです。質問がまだ明確でない場合、私は最終的にこのようにそれを述べてみます-treewidthの概念が存在しないふりをしましょう。離散的な設定に対する自然な質問(またはいくつかの数学の定理/概念の拡張)は、ツリー幅として定義(関連する単語を使用させてください)を思い付くようになります。

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TCS会議を改善するための小さなステップはありますか?
多くの場合、TCSカンファレンスに参加するとき、カンファレンスの主催者が面倒を見てくれることを望んでいる小さな詳細に気付きます。そして、会議を開催するとき、すでにそれを忘れています。 したがって、質問:TCS会議を改善するために簡単に実行できる小さなステップはどれですか うまくいけば、この質問が、会議を開催するたびに再確認できるリソースになり、同じ間違いを何度も繰り返さないようにすることができます... 私はここで、比較的小さくて安価な詳細に興味があります。会議の主催者は、時間内にそれについて考えていれば簡単にできたことでしょう。たとえば、会議のWebページに事前に配置できる有用な情報かもしれません。1日を節約できる5ドルのガジェット。宴会用のレストランを選択する際に考慮すべきこと。コーヒーブレイクの最適なタイミング。または会議バッジの理想的なデザイン。 ここでは、会議の取り決めのすべての側面(論文の提出、プログラム委員会、レビュー、現地の取り決めなど)をカバーできます。 これはコミュニティWikiの質問です。回答ごとに1つのアイデアを投稿してください。他の回答は、意見の重要度に応じて上下に投票してください。

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PからNP-hardおよび再び戻るパラメータ化された複雑さ
私は番号によってパラメータ問題の例を探していますK ∈ Nk∈Nk \in \mathbb{N}問題の硬さがあり、非単調にkkk。例示のために(私の経験で)ほとんどの問題は、単一の相転移を有するkkk -SATから単相転移有するK ∈ { 1 、2 }k∈{1,2}k \in \{1,2\}ために(問題はPである)K ≥ 3k≥3k \ge 3の問題はNP-あります(コンプリート)。私は、kが増加するにつれて両方向(簡単なものからハードなもの、そしてその逆)に相転移がある問題に興味があります。kkk 私の質問は、計算の複雑さの難易度ジャンプで尋ねられた質問にいくらか似ており、実際、そこにある回答のいくつかは私の質問に関連しています。 私が知っている例: kkk平面グラフの彩色性:Pでは、場合を除き、k = 3k=3k=3NP完全です。 kkk端子を備えたシュタイナーツリー:k = 2k=2k=2(最短sss - tttパスに崩壊する)およびk = nk=nk=n(MSTに崩壊する)のPであるが、NP-hard "in between"。これらの相転移がシャープかどうかはわかりません(たとえば、場合はP k0k0k_0、場合はNP-hard k0+ 1k0+1k_0+1)。また、他の例とは異なり、の遷移はkkk入力インスタンスのサイズに依存します。 平面式モジュロの満足割り当てをカウントnnn:Pで場合nnnメルセンヌある素数数n = 2k− 1n=2k−1n=2^k-1のための、および#のP-完全最も/(?)の他のすべての値nnn(でアーロン・スターリングからこのスレッド) 。相転移がたくさん! 誘導されたサブグラフの検出:問題は、整数ではなくグラフによってパラメーター化されます。そこグラフ存在H1⊆ H2⊆ H3H1⊆H2⊆H3H_1 \subseteq H_2 \subseteq H_3(ここで、⊆⊆\subseteqかどうかを決定れる、サブグラフ関係の特定の種類を示す)H私⊆ GHi⊆GH_i \subseteq G所与のグラフのGGGためPにあるiは∈ { …

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TCSの古典数学への応用?
TCSでは、古典数学(代数、トポロジー、解析、幾何学など)からの強力な結果とアイデアを使用することがよくあります。 逆になった場合の例は何ですか? ここに私が知っているものがあります(また、私が尋ねている結果の種類の風味を与えるために): キュービカルフォーム(Guy Kindler、Ryan O'Donnell、Anup Rao、Avi Wigderson:Spherical Cubes and Rounding in High Dimensions、FOCS 2008) 幾何学的複雑性理論プログラム。(これは技術的には代数幾何学と表現理論のTCSへの応用ですが、P対NPの追求において新しい量子群と新しい純粋な代数幾何学と表現理論のアイデアを導入するように導かれました。) 近似アルゴリズムと近似不可能な結果に触発されたメトリック埋め込みの作業 私は特に、TCSの論理への適用(有限モデル理論、証明理論など)を特に探していません。特に驚かない限り、TCSと論理の関係は、この質問の目的にとっては近すぎて標準的かつ歴史的です。

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