Пояснення САТ викладачам середньої школи


9

Я гімназист, який цікавиться інформатикою. Я розробив класний алгоритм для #SAT, і я реалізую і роблю проект на науковій ярмарці. Мій радник, який є найкращим вчителем науки в моїй школі, а також викладач AP Comp Sci, сказав мені, що вона абсолютно не має уявлення, про що йдеться у моєму проекті, і що мені потрібно коротко пояснити, чому #SAT важливо менше ніж за 5 хвилин. Я сказав їй, що SAT скорочується до #SAT і спробував пояснити, чому важлива SAT: я навів їй кілька прикладів проблем NP, пояснив, як проблеми в NP зменшуються до SAT, і пояснив, як за допомогою бінарного пошуку можна зменшити певні проблеми оптимізації до SAT. , що дозволяє складати білки та робити потужні моделі AI. На жаль, вона мене зовсім не зрозуміла. Не могли б ви дати мені кілька покажчиків?

PS Мій радник запитав мене, які корисні проблеми зводяться до #SAT, які не зводяться до SAT (якщо припустити, що деякі проблеми в #P складніші, ніж їх відповідні версії NP). Все, що я міг придумати, - це знайти, скільки моделей для даного набору даних краще, ніж дана модель (якщо припустимо, що кожен параметр моделі менший, ніж задана кількість біт). Я шукав інших в Інтернеті, але не знайшов нічого, що можу зрозуміти. Чи є якісь інші хороші програми?


2
Постійна (навіть для матриць, чиї записи обмежуються рівними 0 або 1) є # P-повною, тому будь-які додатки постійних також є додатками вашого алгоритму, якщо ці програми вимагають від вас обчислити (або наблизити) постійну якоїсь матриці "на практиці" (а не на папері).
Yuval Filmus

Ви вибрали відмінний теоретичний проект, але не дуже просунутий / абстрактний для середньої школи. очевидне запитання, як ви дізналися про важливість #SAT самостійно? Можливо, є кілька завдань, наприклад, навчальна програма AP CS через завершеність NP тощо. Ви ще брали цей клас? який підручник він використовує? якщо він хороший, там будуть якісь зв’язки з моїм. запропонуйте відмовитися від Computer Science Chat для отримання додаткової поради, кілька студентів / докторантів там тусуються. & також запрошуємо вас до салону категорії, щоб далі обговорити це.
vzn

Якби мені довелося пояснити це аудиторії, яка не належить до CS / не математики, я б: (1) пояснила, що є проблемою (ви очікуєте певного типу введення, і ви хочете отримати результат на основі цього входу), ( 2) поясніть, що означає проблему бути важкою, (3) пояснити проблеми SAT і #SAT, (4) заявити, що ці проблеми важкі, і (5) констатувати, що пошук швидших алгоритмів проблем взагалі оцінюється високо достатньо, щоб було мільйонний приз, якщо можна швидко вирішити SAT. Я сподіваюся, що це допоможе трохи, хоча це не відповідає повністю на ваші запитання. Гарного дня!
Michael Wehar

У вікіпедії є декілька проблем (хоча ви, напевно, це вже бачили). Ось посилання: en.wikipedia.org/wiki/Sharp-P
Michael Wehar

1
@MichaelWehar Хоча якби ти міг швидко вирішити SAT, мільйон доларів для тебе мало би вартував!
Елліот Гороховський

Відповіді:


6

Постійна - # P-повна, навіть якщо вона обмежена {0,1}-значні матриці. Постійний може бути використаний для обчислення певних параметрів у статистичній механіці, див., Наприклад, цю статтю щодо проблеми димеру, що охоплює Оскільки я не фізик, я не можу коментувати, чи справді ці теоретичні статистичні механічні проблеми справді корисні; Я підозрюю, що вони не є безпосередньо корисними, але сама територія може призвести до корисних уявлень. Також може статися так, що деякі з цих параметрів корисні самостійно, але вам доведеться проконсультуватися з експертом.

Ваш 5-хвилинний крок може пройти приблизно так:

Статистична механіка - це прекрасна і глибока частина фізики та хімії, яка вивчає, як виникаюча поведінка великих систем є результатом мікроскопічних фізичних законів, що діють на окремі елементи. Він пояснює такі явища, як закони газів, намагнічування та переходи між різними фазами речовини. Статистична механіка тісно пов'язана з теорією ймовірностей, інформатикою, дослідженнями операцій та наукою даних.

Багато важливих величин у статистичній механіці можна сформулювати як екземпляри #SAT. Таким чином, алгоритм вирішення #SAT точно або приблизно може бути використаний для прогнозування фізичних та хімічних явищ.

Це може дещо перебільшувати випадок, але саме так проходять продажі.


1

Це питання, схоже, трохи змішує SAT та #SAT у його формулюванні. Так, два міцно з'єднані. #SAT просто визначаються як клас складності , пов'язаний з підрахунком числа рішень до SAT проблеми і широко припустив , щоб бути набагато складніше, але , можливо , дивно, що вона не була доведена . #SAT навіть не дуже вивчається в теорії складності рівня коледжу, це більше тема розширеного теоретичного дослідження.

Один із способів мотивації важливості #SAT - через теорему Тоди, яка отримала премію Геделя 1998 року за її глибоке значення. З Вікіпедії:

Таким чином, теорема Тоди передбачає, що для будь-якої задачі в ієрархії поліномів існує детермінований поліномальний час Тюрінга зведення до підрахунку [1].

Крім того, оскільки навіть не доведено, що SAT і #SAT мають різну складність, можна зробити розумний випадок, що розуміння складності #SAT може призвести до деякого розуміння проблеми P vs NP , яка містить безліч інформації та мотивації .


re P vs NP дивіться також нещодавню книгу Fortnow Golden Ticket, P / NP та пошук неможливого
vzn

Будь-яка програма SAT - це програма #SAT, я шукаю програми обох.
Елліот Гороховський

хаха, тоді ваше питання сильно відрізняється. Проблеми НП мають надзвичайно широке застосування, і це широко документально підтверджено. див. книгу Fortnows або, наприклад, теорію Гарі / Джонсона про повноту NP . і btw, якщо викладач CS AP не знає, що таке повнота NP, тоді його слід звільнити.
vzn

Добре, що діти, які беруть на заняття, навіть не розуміють простих понять, таких як двійковий пошук, тому, якби вона про це знала, це все одно витрачатиметься на вуха учнів.
Елліот Гороховський

Також, чи можете ви пояснити, чому її важко довести теорему Тоди? Тому що, оскільки кожна проблема в NP зводиться до SAT, що тривіально зводиться до #SAT. Які проблеми в PH, які не в NP? Вибачте, я навчив себе всьому з Вікіпедії, тому в моїх тонах дірок.
Елліот Гороховський
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.