Результати складності для нижніх елементарних рекурсивних функцій?


9

Заінтригуючи цікавим запитанням Кріса Пресі про елементарно-рекурсивні функції , я більше досліджував і не зміг знайти відповідь на це питання в Інтернеті.

У Елементарні рекурсивні функції відповідають добре експоненційної ієрархії, .DTIME(2n)DTIME(22n)

Це здається простим з визначення , що рішення , проблему можна вирішити (термін?) По нижчим -елементарним функцій повинні міститися в EXP, і насправді в DTIME ; ці функції також обмежені вихідними рядками лінійними за своєю вхідною довжиною [1].(2O(n))

Але з іншого боку, я не бачу явних нижчих меж; на перший погляд здається, що LOWER-ELEMENTARY може суворо містити NP, або, можливо, не містити в P деяких проблем, або, швидше за все, якусь можливість я ще не уявляв. Було б надзвичайно класно, якби ЛІНЕ-СТЕНД = NP, але я вважаю, що це занадто багато, щоб просити.

Тож мої запитання:

  1. Наскільки моє розуміння поки що правильне?
  2. Що відомо про класи складності, що обмежують нижчі елементарні рекурсивні функції?
  3. (Бонус) Чи є у нас якісь приємні характеристики класу складності під час подальших обмежень на рекурсивні функції? Я, зокрема, думав про обмеження на зведені підсумки, які, на мою думку, виконують у поліноміальний час та дають лінійний вихід; або постійно обмеженими підсумками, які, на мою думку, працюють у поліноміальний час і дають вихід довжиною не більше .log(x)n+O(1)

[1]: Ми можемо показати (я вважаю), що нижчі елементарні функції підпадають під ці обмеження структурною індукцією, припускаючи, що функції мають складність і виходи довжина біт на вході довжиною . При , дозволяючи , кожен має вихід довжини , так має - введення довжини (а отже, довжина виходу); складність обчислення всіх s дорівнює а дорівнюєh,g1,,gm2O(n)O(n)nf(x)=h(g1(x),,gm(x))n:=logxgO(n)hO(n)O(n)gm2O(n)h2O(n), тому має складність і вихід довжини як заявлено.f2O(n)O(n)

Коли , s мають виходи довжини , тому значення суми виходів становить , тому їх сума має довжину . Складність підсумовування цих значень обмежена (кількість підсумовувань) разів (складність кожного додавання), що дає , а складність обчислення результатів обмежена (кількість обчислень) раз (складність кожного), даючи . Отже, має складністьf(x)=i=1xg(x)gO(n)2n2O(n)2O(n)O(n)2nO(n)2O(n)2n2O(n)2O(n)f2O(n)і вихід довжини як заявлено.O(n)


У статті Вікіпедії, на яку ви посилаєтесь, йдеться про те, що функції нижчих елементарних областей мають поліноміальний ріст (але це не дає посилання.) Показуючи, що проблема P-завершеної може бути або не може бути вирішена елементарними функціями, був би хорошим кроком до подальшого зменшення її. Зрозуміло, не представляється неможливим імітувати машину Тюрінга для n кроків - можливо, обмежена сума, що відповідає кількості кроків іншої обмеженої суми, що відповідає кожному переходу стану?
Кріс Пресі

@Chris - Моя здогадка полягала в тому, що "зростання полінома" означає, що кількість бітів у виводі не більше лінійного за кількістю бітів на вході. Я погоджуюся, що моделювання здається дуже правдоподібним і здається здійсненим у поліноміальний час (але для підтвердження цього може знадобитися деяка деталь!).
usul

Вибачте, що перша частина може бути не зрозумілою, але це тому, що тоді на введенні значення вихід має значення максимум полінома в . xx
usul

Щодо питання 3: функції, визначені у варіанті з підсумком, обмеженим містяться в однорідному класі складності . При постійному обмеженому підсумовуванні ви отримуєте підклас єдиної . log(x)TC0AC0
Ян Йогансен

1
@Xoff Я вважаю, що це все в підсумовуванні: ми підсумовуємо від до , де (на вході біт) може мати розмір , тому наша сума буде в разів більша за кожну суму . 1xnx2n2n
usul

Відповіді:


5

Щодо (бонусного) запитання 3: функції, визначені у варіанті з підсумком, обмеженим є всіма уніфікованими класами складності . Це випливає з побудови в Чандрі, Стокмейєра та Вишкіна "Постійне зменшення глибини", SIAM J. Comput. 13 (1984) , що показує, що сума чиселlog(x)TC0nn Кожен біт може бути обчислений за допомогою постійних глибинних схем постійної величини з великими воротами.

При постійному обмеженому підсумовуванні ви отримуєте підклас уніформи AC0. Постійне обмежене підсумовування може бути зведене до додавання та складу, а додавання може бути обчислено булевими ланцюгами постійної глибини за допомогою методу переноски-пошуку.


3
  1. " Правильно нижчі елементарні функції є EXP ". Вони насправді знаходяться в DPSPACE ( n ); як це видно, наприклад, із структурної індукції.

  2. Тут показано [1], що булева потужність SAT лежить на найнижчому рівні E 0 Ієрархії Гжегорчика, тобто з обмеженою рекурсією замість обмеженого підсумовування.

[1] Крістіан Грозеа: NP прогнозує, що піддається обчисленню на найслабшому рівні ієрархії Гжегоржиків (sic!). Журнал Автомати, Мови та Комбінаторика 9 (2/3) : 269-279 (2004).

Основна ідея полягає в кодуванні заданої формули двійкової довжини n в ціле число N значення, орієнтовно експоненціальне в n ; а потім виразити існування задовольняючого завдання з точки зору кількісного визначення, обмеженого вказаним N (а не n ).

Цей метод, здається, переходить від E 0 до нижнього елементарного
(і узагальнюється від SAT до QBF k для довільного, але фіксованого k ).

Це не означає, що E 0 містить NP (або навіть P для цього питання), тому що, як відомо, багаточастотні обчислення залишають E 2 .

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.