Складність факторингу в числових полях


25

Що відомо про обчислювальну складність множинних чисел у загальних полях чисел? Більш конкретно:

  1. Через цілі числа ми представляємо цілі числа за допомогою їх бінарних розширень. Якими є аналогічні подання цілих чисел у загальних полях чисел?
  2. Чи відомо, що первинність над числовими полями знаходиться в P або BPP?
  3. Які найвідоміші алгоритми для факторингу за числовими полями? (Зробіть exp⁡n і (мабуть)exp⁡n1/3 алгоритмів простягаються від?) Тут, факторинг відноситься до виявлення деякого уявлення числа (представленібіт) у вигляді добутку простих чисел. нZn
  4. У чому полягає складність пошуку всіх факторизацій цілого числа в числовому полі? З підрахунку, скільки в ньому є різних факторів?
  5. Понад відомо, що вирішити, чи задане число має коефіцієнт в інтервалі є NP-важким. Чи може бути виходячи з кільця цілих чисел у числових полях, якщо знайти основний коефіцієнт, норма якого в певному проміжку вже NP-важка? [ a , b ]Z[a,b]
  6. Чи є факторинг чисельних полів у BQP?

Зауваження, мотивації та оновлення.

Звичайно, тут важливим є факт, що факторизація не є унікальною для числових полів. Питання (особливо частина 5) мотивоване цією публікацією в блозі через GLL (див. Це зауваження ), а також цим попереднім запитанням TCSexchange. Я презентував це також у своєму блозі, де Ліор Сільверман представив ґрунтовну відповідь .


ви можете навести приклад? як факторинг у полях defn відрізняється від прямого цілочисельного факторингу?
— vzn

2
Для (0): Я зазвичай вгадати поле номера представлена як Q [ ξ ] / ⟨ ф ⟩ , де ф є непріводімим многочленом. Тоді елементом K є кортеж пар ( ( n 0 , d 0 ) , ( n 1 , d 1 ) ,KQ[ξ]/⟨φ⟩φK де δ = deg((н0,г0),(н1,г1),…,(нδ-1,гδ-1)) . Це означає, що ваш елемент - n 0 / d 0 + n 1 ξ / d 1 - 1 / d δ - 1 . δ=град⁡(φ)н0/г0+н1ξ/г1+⋯+нδ-1ξδ-1/гδ-1
— Бруно

2
@Gil Ви бачили цю книгу раніше? springer.com/mathematics/numbers/book/978-3-540-55640-4 На даний момент у мене немає доступу до своєї копії (хоча я знову через кілька днів, і перевіряю це). Я хотів би побачити, чи є щось написане про факторизацію в (i) полях алгебраїчних чисел або (ii) доменах Дедекінда, з номером класу> 1.
— Даніель Апон,

4
@vzn: Не вкладаючи слів у рот Гіла, я впевнений, що він має на увазі кінцеві розширення раціоналів (саме те, що ви пов’язали) Коли він каже "факторинг в такому полі", я майже впевнений, що він має на увазі факторинг в кільці цілих чисел такого поля. На тій же сторінці вікіпедії, до якої ви пов’язані, є розділ про кільце цілих чисел у полі алгебраїчного числа.
— Джошуа Грохов

1
@vzn Решет із числовим полем використовує числові поля для множення чисел.
— Yuval Filmus

Відповіді:


14

Наступна відповідь спочатку була розміщена як коментар у блозі Гіла

(1) Нехай - числове поле, де будемо вважати, що α має монічний мінімальний многочлен f ∈ Z [К=Q(α)α . Тоді можна представити елементи кільця цілих чисел O K як многочлени в αf∈Z[х]ОКα або з точки зору інтегральної основи - два еквівалентні.

Тепер, фіксуючи як у (1), існує скорочення поліноміального часу від задачі над KКК задачі в . Для того, щоб переконатися в тому , що обчислення (наприклад , пересічні ідеал з Z або факторизации многочлена по модулю р ) може бути зроблено за поліноміальний час побачити книгу Коена , згадані в попередній відповіді.QZp

Як попередня обчислення для кожного раціонального простого ділить дискримінант α (тобто дискримінантpα ), знайдіть усі праймери O K, що лежать вище p .fОКp

(2) Для тесту на первинність заданий ідеал нехай p ∈ Z такий, що a ∩ Z = p Z (це можна обчислити в поліноміальний час, а кількість біт p є поліномом на вході). Перевірте в поліном час, чи p є простим. Якщо ні, то a не є простим. Якщо так, то знайдіть праймери O K, що лежать вище p, або з попереднього обчислення, або шляхом факторингу f mod p . У будь-якому випадку, якщо a є простим, він повинен бути одним з цих праймерів.а◃ОКp∈Zа∩Z=pZppаОКpfpа

(3a), (6a) Для розбиття факторів , задані ідеалом a ◃ O K, знаходять свою норму y = N K Q ( a ) = [ O K : a ] . Знову це можна знайти в поліномічний час і, отже, не надто багато. Коефіцієнт y в Z (класично або використовуючи алгоритм Шор, залежно від потрібного скорочення). Це дає перелік раціональних простих чисел, що ділить y , і, отже, як у 2, ми можемо знайти список простих простих чисел Oа◃ОКу=NQК(а)=[ОК:а]уZу ділить y . так | ОКу це дає список простих чисел, що ділять a . Нарешті, легко визначити той показник, на який прем'єр поділяє даний ідеал.а|уОКа

(3b), (6b) Але Гіл хоче розподілити фактори на невідтворювані, а не на праймери. Виявляється, що , з огляду на прості множники числа можна ефективно побудувати одну розкладання й на Непріводімие елементи O K . Для цього нехай h K - номер класу, і зауважте, що можна ефективно обчислити ідеальний клас даного ідеалу. Тепер знайти невідворотний дільникхОКхОКгодК виділити h K простих ідеалів (можливо, з повторенням) з факторизації xхгодКх. За принципом «голуби-нори» деякий підмножина множиться на ідентичність у групі класів; знайти мінімальний такий підмножина Потім його продукт є головним ідеалом, породженим невідводимим елементом. Розділіть на цей елемент, вилучіть із факторизації відповідні ідеали та повторіть. Якщо факторизація має менше, ніж h K елементів, то просто візьміть мінімальну підмножину всіх факторів.хгодК

(4) Я думаю, що можна перерахувати факторизацію на непридатні, але це трохи додаткової комбінаторики - будь ласка, дайте мені час на це. З іншого боку, визначення їх усіх не є цікавим у контексті алгоритмів субекспоненціальної факторизації, оскільки загалом експоненціально багато таких факторізацій.

(5) Я поняття не маю.


5

Як згадував Даніель, деякі відомості ви можете знайти в книзі «Курс обчислювальної теорії алгебраїчних чисел» ( посилання ).

Зокрема, існує кілька способів подання елементів чисельних полів. Нехай числове поле з ф градусів- п унітарною непріводімим многочленом Z [ ξ ] . Нехай θ - будь-який корінь φ . Так зване стандартне подання елемента α ∈ K є кортежем ( a 0 , … , a n - 1 , d )К=Q[ξ]/⟨φ⟩φнZ[ξ]θφα∈К(а0,…,ан-1,г)де , d > 0 і gcd ( a 0 , … , a n - 1 , d ) = 1 , так що α = 1аi∈Zг>0gcd(а0,…,ан-1,г)=1

α=1г∑i=0н-1аiθi.
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.