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ブール関数のフーリエ解析が「機能する」のはなぜですか?
長年にわたって、離散フーリエ解析を使用して多くのTCS定理が証明されることに慣れてきました。Walsh-Fourier(アダマール)変換は、プロパティテスト、擬似ランダム性、通信の複雑さ、量子コンピューティングなど、TCSのほぼすべてのサブフィールドで役立ちます。 問題に取り組むとき、ブール関数のフーリエ解析を非常に便利なツールとして使用することに快適になりましたが、フーリエ解析を使用するといくつかの素晴らしい結果が得られるかなり良い予感がありますが。この基礎の変更が非常に役立つのは、それが何であるかが本当によく分からないことを認めなければなりません。 TCSの研究において、なぜフーリエ解析が実り多いのかについて、誰にも直観がありますか?フーリエ展開を記述し、いくつかの操作を実行することで、なぜ一見困難な問題が数多く解決されるのでしょうか? 注:私のこれまでの主な直観は、それがわずかであっても、多項式の振る舞いをかなりよく理解していること、およびフーリエ変換が関数を多重線形多項式として見る自然な方法であるということです。しかし、なぜ具体的にこのベースですか?パリティのベースでこれほどユニークなものは何ですか?

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対称群の表現理論の応用
この質問、特にOrの回答の最後の段落に触発されて、次の質問があります。 TCSの対称群の表現理論の応用を知っていますか? 対称グループSnSnS_nは、グループ演算構成を持つのすべての順列の{ 1 、… 、n }{1,…,n}\{1, \ldots, n\}グループです。表現SnSnS_nから準同型であるSnSnS_n可逆の一般線形群に対してn × nn×nn \times n複雑なマトリックス。表現は行列の乗算により作用しCnCn\mathbb{C}^nます。の既約表現はSnSnS_n、CnCn\mathbb{C}^n不変の適切な部分空間を残さないアクションです。有限群の既約表現により、定義することができます非アーベル群上のフーリエ変換。このフーリエ変換は、巡回/アーベル群上の離散フーリエ変換の優れた特性のいくつかを共有しています。たとえば、畳み込みはフーリエ基底の点ごとの乗算になります。 対称群の表現理論は美しく組み合わせられています。各既約表現はSnSnS_n、整数分割に対応しnnnます。この構造および/または対称群のフーリエ変換は、TCSで用途を見つけましたか?

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AND ORゲートとXORゲートを備えた境界深さ回路で記述されたフーリエ係数ブール関数
してみましょうブール関数であるとののから関数としてFについて考えてみましょうに。この言語では、fのフーリエ展開は、単に平方自由単項式に関するfの展開です。(これらの単項式は、の実関数の空間の基礎を形成します。係数の2乗和は単純にため、は2乗のない単項式の確率分布になります。この分布をF分布と呼びましょう。fff{−1,1}n{−1,1}n\{-1,1\}^n{−1,1}{−1,1}\{ -1,1 \}2n2n2^n{−1,1}n{−1,1}n\{-1,1\}^n111fff fが多項式サイズの有界深度回路によって記述できる場合、F分布はサイズの単項式にほぼ指数関数的に小さい重みに集中していることが、Linial、Mansour、およびNisanの定理によってわかり。これは、Hastadスイッチング補題から派生しています。(直接的な証明が最も望ましいでしょう。)polylog npolylog n\text{polylog } n mod 2ゲートを追加するとどうなりますか?考慮すべき一つの例は、関数であるに最初のn個の変数と最後のn個の変数のMOD 2内積として記載される変数。ここで、F分布は均一です。IP2nIP2nIP_{2n}2n2n2n 質問:ブール関数のF分布は、境界のある深さの多項式サイズAND、OR、MOD回路によって記述され、 「レベル」に集中しますか(超多項式的に小さな誤差まで)?22_2o(n)o(n)o(n) 備考: 反例への可能性のあるパスの1つは、バラバラの変数セットにさまざまなIPを「何らかの方法で接着」することですが、その方法はわかりません。おそらく質問を弱め、変数にいくつかの重みを割り当てることを許可する必要がありますが、それを行うための明確な方法も見当たりません。(したがって、これら2つの事項を参照することも、私が尋ねていることの一部です。)2k2k_2k modゲートを許可する場合にも、質問(または成功したバリエーション)に対する肯定的な答えが適用されると推測します。(それで、質問をすることは、ライアン・ウィリアムズの最近の印象的なACC結果によって動機づけられました。) kk_k MAJORITYの場合、F分布は「レベル」ごとに大きくなります(1 / poly)。 Lucaが示すように、私が尋ねた質問に対する答えは「いいえ」です。残る問題は、AND ORで記述できるブール関数のF分布のプロパティを見つける方法と、MAJORITYで共有されないmod 2ゲートを見つける方法を提案することです。 MONOTONE関数について説明することにより、質問を保存する試み: 質問:MONOTONEブール関数のF分布は、境界のある深さの多項式サイズAND、OR、MOD回路で記述され、 「レベル」に集中しますか(超多項式的に小さな誤差まで)?22_2o(n)o(n)o(n) を置き換えることもできるのではないかと推測するかもしれないので、この強力なバージョンの反例は興味深いかもしれません。 o(n)o(n)o(n)polylog(n)polylog(n)\text{polylog} (n)

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真のフーリエスペクトルと偽のスペクトルを区別する複雑さは何ですか?
PHPHPHf:{0,1}n→{−1,1}f:{0,1}n→{−1,1}f:\{0,1\}^n \to \{ -1,1 \}ggghhh fffF:{0,1}n→RF:{0,1}n→RF:\{0,1\}^n \to R F(s)=∑x∈{0,1}n(−1)(s⋅xmod 2)f(x)F(s)=∑x∈{0,1}n(−1)(s⋅xmod 2)f(x)F(s)=\sum_{x\in\{0,1\}^n} (-1)^\left( s\cdot x \mod\ 2 \right) f(x) 一または真のフーリエスペクトルであると他の一つは、フーリエが不明ランダムブール関数に属するスペクトルだけの偽物です。ggghhhfff それを示すために難しいことではありません、マシンをすることができていなくてもおおよその任意のため。PHPHPHF(s)F(s)F(s)sss どれが真の成功確率であるかを決定するクエリの複雑さは何ですか? この問題はでていない場合ので、それは、私には興味深いものです、その後、1がに対するOracleの相対存在することを示すことができるのないサブセットで。PHPHPHBQPBQPBQPPHPHPH

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線形独立フーリエ係数
ベクトル空間の基本的な性質は、ベクトル空間ということであるV⊆Fn2V⊆F2nV \subseteq \mathbb{F}_2^n次元のによって特徴付けることができるであり、存在する-線形独立線形制約が線形独立なベクトルが直交している。、D 、D 、W 1、... 、W D ∈ F N 2 Vn−dn−dn-dddddddw1,…,wd∈Fn2w1,…,wd∈F2nw_1, \ldots, w_d \in \mathbb{F}_2^nVVV フーリエ変換の観点から、これは、インジケータ関数と言うと等価であるのしている線形独立非ゼロのフーリエ係数を。は合計で非ゼロフーリエ係数がありますが、それらのうちだけが線形独立であることに注意してください。 V d1V1V1_VVVVddd 2 d d1V1V1_V2d2d2^dddd このベクトル空間のプロパティの近似バージョンを探しています。具体的には、次の形式のステートメントを探しています。 LETサイズである。次に、インジケータ機能有するせいぜい線形独立絶対値が少なくともあるフーリエ係数。 2 N - D 1 S D ⋅ ログ(1 / ε )S⊆Fn2S⊆F2nS \subseteq \mathbb{F}_2^n2n−d2n−d2^{n-d}1S1S1_Sd⋅log(1/ε)d⋅log⁡(1/ε)d\cdot\log(1/\varepsilon) εε\varepsilon この質問は、「構造対ランダム性」の観点から見ることができます-直感的に、このような主張は、すべての大きなセットがベクトル空間と小さなバイアスされたセットの合計に分解できることを示しています。すべての関数は、大きなフーリエを持つ「線形部分」に分解できることがよく知られています係数、および小さなバイアスを持つ「疑似ランダム部分」。私の質問は、線形部分が線形独立フーリエ係数の対数のみを持っているかどうかを尋ねます。p o l y(1 / ε )f:Fn2→F2f:F2n→F2f:\mathbb{F}_2^n \to \mathbb{F}_2poly(1/ε)poly(1/ε)\mathrm{poly}(1/\varepsilon)


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ノイズ演算子の拡張
私が現在取り組んでいる問題では、ノイズ演算子の拡張が自然に発生し、以前の仕事があったかどうかに興味がありました。まず、私は基本的なノイズオペレータ修正しましょうTεTεT_{\varepsilon}の実数値ブール関数にします。与えられた関数f:{0,1}n→Rf:{0,1}n→Rf: \{0,1\}^n \to \mathbb{R}とεε\varepsilon、ppp ST 0≤ε≤10≤ε≤10 \leq \varepsilon \leq 1、ε=1−2pε=1−2p\varepsilon = 1 - 2p、我々は定義Tε→RTε→RT_{\varepsilon} \to \mathbb{R}のような Tεf(x)=Ey∼μp[f(x+y)]Tεf(x)=Ey∼μp[f(x+y)]T_{\varepsilon} f(x) = E_{y \sim \mu_p} [f(x+y)] μpμp\mu_p上に分布されyyyの各ビットに設定することによって得られたnnnであることビットベクトルを111確率で独立pppと000そうでありません。同様に、このプロセスは、各ビットxxxを独立した確率で反転させると考えることができますppp。ここで、このノイズオペレータがあるなど、多くの有用な特性を有する乗法Tε1Tε2=Tε1ε2Tε1Tε2=Tε1ε2T_{\varepsilon_1} T_{\varepsilon_2} = T_{\varepsilon_1 \varepsilon_2}とを有する素敵な固有値と固有ベクトル(χ Sは、パリティベースに属しています)。Tε(χS)=ε|S|χSTε(χS)=ε|S|χST_{\varepsilon}(\chi_S) = \varepsilon^{|S|} \chi_SχSχS\chi_S 私は今の私の拡張を定義してみましょうTεTεT_\varepsilon Iのように表し、R(p1,p2)R(p1,p2)R_{(p_1,p_2)}。 R(p1,p2)→RR(p1,p2)→RR_{(p_1,p_2)} \to \mathbb{R}で与えられるR(p1,p2)f(x)=Ey∼μp,x[f(x+y)]R(p1,p2)f(x)=Ey∼μp,x[f(x+y)]R_{(p_1,p_2)} f(x) = E_{y \sim \mu_{p,x}} [f(x+y)]。しかし、ここで私たちの分布μp,xμp,x\mu_{p,x}、我々が反転するようなものである111のビットxxxに000確率でp1p1p_1と000のビットxxxに111の確率でp2p2p_2。(μp,xμp,x\mu_{p,x}今や明らかに分布依存しているxxx関数が評価され、もしp1=p2p1=p2p_1 = p_2、次いでR(p1,p2)R(p1,p2)R_{(p_1,p_2)}「正規」ノイズオペレータに減少させます。) この演算子すでに文献のどこかでよく研究されているのだろうか?または、その基本的な特性は明らかですか?私はブール解析から始めているので、これは私よりも理論に精通している人には簡単かもしれません。特に、固有ベクトルと固有値に優れた特性があるかどうか、または乗算特性があるかどうかに興味があります。R(p1,p2)R(p1,p2)R_{(p_1,p_2)}

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軍事政権を分割する堅牢性
ブール関数は、が最大で影響変数を持つ場合、ジャンタであると言います。F :{ 0 、1 } のn → { 0 、1 } f:{0,1}n→{0,1}f: \{0,1\}^n \to \{0,1\}K kkF ffKkk ましょうである -junta。変数の意味によって。修正 が影響変数の少なくともを含むような が存在することは明らかです。F :{ 0 、1 } のn → { 0 、1 } f:{0,1}n→{0,1}f: \{0,1\}^n \to \{0,1\}2 K 2k2k、F ff、X 1、X 2、... 、X N x1,x2,…,xnx_1, x_2, \ldots, x_nS 1 = { X …

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一つは、証明することができ
結果1:Linial-Mansour-Nisanの定理によれば、回路で計算される関数のフーリエ重みは、小さなサイズのサブセットに高い確率で集中します。AC0AC0\mathsf{AC}^0 結果2:フーリエ係数は次数係数に集中しています。PARITYPARITY\mathsf{PARITY}nnn 質問:(証明可能な場合)が結果1および2を使用して、または使用して回路で計算できないことを証明する方法はありますか?PARITYPARITY\mathsf{PARITY}AC0AC0\mathsf{AC}^0

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Goldreich-Levin / Kushilevitz-Mansour学習アルゴリズムの最高のクエリ複雑度
Goldreich-Levin学習アルゴリズムの最もよく知られているクエリの複雑さは何ですか? Luca Trevisanのブログ Lemma 3 の講義ノートには、ます。これは、への依存の観点から最もよく知られていますかO(1/ϵ4nlogn)O(1/ϵ4nlog⁡n)O(1/\epsilon^4 n \log n)nnnますか?引用可能なソースへの参照に特に感謝します! 関連質問:Kushilevitz-Mansour学習アルゴリズムの最も知られているクエリの複雑さは何ですか?

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ハイパーキューブ上の畳み込みのエントロピー
我々は関数持っ言う、ようΣ X ∈ Z N 2 F (X )2 = 1(我々が考えることができるので、{ F (X )2 } のx ∈ Z N 2分布など)を。以下のように、このようなA関数のエントロピーを定義することが自然である: H (F )= - Σ X ∈ Z N 2 F (Xf:Zn2→ Rf:Z2n→Rf:\mathbb{Z}_2^n \to \mathbb{R}∑X ∈ Zn2f(x )2= 1∑バツ∈Z2nf(バツ)2=1\sum _{x\in \mathbb{Z}_2^n} f(x)^2 = 1{ f(x )2}X ∈ Zn2{f(バツ)2}バツ∈Z2n\{ f(x)^2\} _{x\in …

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感度に関するブール関数の次数の上限
ブール関数の複雑さの尺度の研究における非常に興味深い未解決の問題は、いわゆる感度対ブロック感度推測です。感度とブロック感度の背景については、http: //www.scottaaronson.com/blog/?p = 453のS. Aaronsonの次のブログ投稿を参照してください。 私の知る限りでは、最高の上位に知ら拘束の点ではS (F )であるB S (F )= O (E S (F )√b s (f)bs(f)bs(f)s (f)s(f)s(f)。[ケニヨン、Kutin紙]しかし、もちろん、多分関係する方が便利であるのS(fは)他のいくつかの複雑さの指標にF言うの度(F)、度F上の多項式としてRすなわちその最高のフーリエ係数の大きさ、 。b s (f)= O (es (f)s (f)−−−−√)bs(f)=O(es(f)s(f))bs(f)=O(e^{s(f)}\sqrt{s(f)})s (f)s(f)s(f)fffdeg(f)deg⁡(f)\deg(f)fffRR\mathbb{R} 問題は、s (f )に関してで知られている最高の上限は何ですか?deg(f)deg⁡(f)\deg(f)s(f)s(f)s(f)

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この「サブグループパッキング」ポリトープは不可欠ですか。
ましょう有限アーベル群であること、およびletでポリトープこと点であると定義さ、以下の不等式を満たします:P R Γ XΓΓ\GammaPPPRΓRΓ\mathbb{R}^\Gammaxバツx ∑g∈Gxg≤|G|xg≥0∀G≤Γ∀g∈ΓΣg∈Gバツg≤|G|∀G≤Γバツg≥0∀g∈Γ\begin{array}{cl} \sum_{g\in G} x_g \le |G| & \forall G \le \Gamma \\ x_g \ge 0 & \forall g \in \Gamma \end{array} ここで、はがサブグループであることを意味します。ある積分は?もしそうなら、その頂点を特徴付けることができますか?G Γ PG≤ΓG≤ΓG \le \GammaGGGΓΓ\GammaPPP 私の質問は元々で発生しました。いくつかの小さな例()は、答えが「はい」と「たぶん、しかし単純ではない」ことを示唆しています。また、9要素と10要素の循環グループ、およびも試してみました。ここでもポリトープは積分です。が、、およびいずれかである場合、ポリトープは積分ではないため、アービアン性が明らかに不可欠です。、N = 2 、3 F 2 3Γ=Fn2Γ=F2ん\Gamma = \mathbb{F}_2^nn=2,3ん=2、3n = 2,3F23F32\mathbb{F}_3^2S 3 D 4 D 5ΓΓ\GammaS3S3S_3D4D4D_4D5D5D_5 方程式の最初のセットをと書く場合、は必ずしも完全に単一モジュラーではない(これは、ポリトープが積分であることを意味します)ことに注意してください。、次の3つの線形独立な選択することができ三取る選択素子の各対が及ぶの。結果のサブマトリックスは までの順列なので、行列式ます。Ax≥bあバツ≥bAx \ge bAあAΓ=F32Γ=F23\Gamma …

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ポリログの独立性が
Bravermanは、独立-wiseε-fool深さDAC0サイズの回路MをSmolensky近似とのフーリエ近似"一緒に接着"によってAC0-computableブール関数を。著者とこれを最初に推測した人々は、そこでの指数はO(d)(l o gメートルε)O (d2)(logメートルε)O(d2)(log \frac{m}{\epsilon})^{O(d^2)}εε\epsilonddd A C0あC0AC^0メートルメートルmA C0あC0AC^0O (d)O(d)O(d)、そして私がこれが相関距離が近い多項式を生成することと、実際に多数の入力の関数に同意することを含むと想像するので、これに向かって進展があったかどうか私は興味があります。これら2つを接着せずに見つけることは非常に興味深い近似になります。そのような近似が2010年にBravermanが彼の論文を書いたときに知られていなかった次数を持たなければならないことを期待するいくつかの理由はありますか?O (d2)O(d2)O(d^2) 私が持っているこの論文についての別の質問は、それがこの限界の前に書かれた論文にあったけれども、元の予想は感度に関するボッパナの限界に似ているということです。もちろん、これは偶然ではありません。この境界は、フーリエ多項式が機能した場合にボッパナの境界から導出できるフーリエ濃度に対応するためです。ただし、「フーリエ多項式が機能した場合、これはあなたが手に入れるものだ」
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