Чи повинні скорочення зробити нас більш-менш оптимістичними щодо простежуваності проблеми?


14

Мені здається, що теоретики більшості складності взагалі вважають таке філософське правило:

Якщо ми не можемо з'ясувати , ефективний алгоритм для задачі , і ми можемо звести задачу до задачі , тобто , ймовірно, не ефективний алгоритм для задачі , або.AAAВBB

Ось чому, наприклад, коли нову проблему доведено NP-Complete, ми просто подаємо її як "занадто важку", а не захоплюючись новим підходом (проблема ), який, нарешті, може показати .P = N PBP=NP

Я обговорював це з однокурсником в іншій науковій галузі. Вона вважала цю ідею надзвичайно протизаконною. Її аналогія:

Ви дослідник, шукаючи міст між Північноамериканським та Азіатським континентами. Протягом багатьох місяців ви намагалися і не змогли знайти сухопутний міст від материкової зони Сполучених Штатів до Азії. Тоді ви дізнаєтесь, що материк США з'єднаний сухопутним районом з Аляскинським районом. Ви розумієте, що сухопутний міст з Аляски до Азії означатиме сухопутний міст з материка США в Азію, який, ви впевнені, не існує. Таким чином, ви не витрачаєте час на пошук поблизу Аляски; ти просто підеш додому.

Наше попереднє філософське правило звучить досить глупо в цьому контексті. Я не міг придумати гарного спростування! Тож я передаю це вам, хлопці: Чому ми повинні ставитися до скорочення як до ускладнення проблеми а не до спрощення проблеми ?B AABBA


2
До речі, кожен раз, коли ми пишемо підпрограму, ми стверджуємо, що робить простішим. AABA
Суреш Венкат

1
P / NP - це лише найвідоміші класи складності та ті, що навчаються неофітам. цілий всесвіт, який повільно відображається від "крихітного" до "великого". скорочення значною мірою готуються до дня, поки ще тут немає, коли основні класи можуть бути дискриміновані один від одного з більшою точністю, ніж зараз це можливо / доступно. можливо, на це питання можна відповісти іншими інтуїтивними аналогіями. одна з можливих наукових аналогій полягає в тому, що класи складності - це ТКС, як (основні) частинки для фізики. & ми все ще намагаємося встановити взаємозв'язки. тощо ... може відповісти пізніше.
vzn

7
@vzn Будь ласка, не описуйте студентів вищої школи як "неофітів": він має досить негативні конотації. Навіть "новачок" не дає достатньо кредиту.
Девід Річербі

1
Я знайшов кілька прикладів - але, думаю, їх є багато - у яких скорочення явно використовується "у зворотному (позитивному) напрямку": використовуйте поліноміальну задачу часу для моделювання задачі (тобто знайдіть скорочення ) таким чином доводячи, що можна розв’язати в многочлен. Я пам’ятаю це щодо проблем планування: Теорема 3.10 : Проблема світу блоків може бути зведена до (що вирішується в поліномії за часом) у Тома Біландера: Комп'ютерна складність пропонованого планування СТРІПС. Артиф. Intell. 69 (1-2): 165-204 (1994)A A m B A P L A N S A T + 1BAAmBAPLANSAT1+
Марціо Де Біасі

1
Є цікавий приклад проблеми з насадженою клікою: Фриз та Каннан показали, що пошук посадженої кліки у випадковому графіку може бути зведений до наближення до максимуму кубічної форми, для випадкових випадків. У роботі вони чітко представляють свій результат як підхід до висадженої кліки. Наскільки мені відомо, в даний час це зменшення зазвичай розглядається як доказ твердості проблем на тривимірних тензорах.
Сашо Ніколов

Відповіді:


14

Я думаю, що це дуже гарне питання. Щоб відповісти на це, нам потрібно усвідомити, що:

  • не всі скорочення однакові,
  • щоб відчувати себе оптимістично, нам потрібно навчитися чомусь справді корисному.

Як правило, кожного разу, коли ми виявляємо нетривіальне зменшення , воно потрапляє в одну з наступних категорій:AB

  1. Ми дізналися щось корисне про проблему A (і нічого про проблему B).
  2. Ми дізналися щось відлякує про проблему B (і нічого про проблему A).

Трохи точніше ці два випадки можна охарактеризувати так:

  1. Ми виявили, що проблема А має деяку приховану структуру, яка дає можливість розробити новий, розумний алгоритм вирішення проблеми А. Нам просто потрібно знати, як вирішити проблему B.

  2. Ми зрозуміли, що в деяких особливих випадках проблема B в основному є просто проблемою A в маскуванні. Тепер ми можемо бачити, що будь-який алгоритм розв’язання задачі B повинен вирішити принаймні ці спеціальні випадки правильно; і вирішення цих особливих випадків по суті еквівалентно вирішенню задачі А. Ми повернулися до прямої задачі: щоб досягти будь-якого прогресу з проблемою B, спершу потрібно досягти певного прогресу з проблемою A.

Скорочення типу 1 часто зустрічаються в контексті позитивних результатів, і це, безумовно, вагомі причини для оптимізму.

Однак якщо врахувати зменшення твердості, з яким ми стикаємось у контексті, наприклад, доказів твердості NP, вони майже завжди є типом 2.

Зауважте, що навіть якщо ви нічого не знаєте про складність обчислювальної задачі A або задачу B, ви все-таки можете сказати, чи є ваше зменшення типу 1 або типу 2. Отже, нам не потрібно вірити, наприклад, P ≠ NP визначити, чи слід відчувати себе оптимістично чи песимістично. Ми просто можемо побачити, що ми дізналися завдяки скороченню.


Мені ця відповідь дуже подобається. Мені здається, що знадобиться багато досвіду в цій галузі, щоб розрізняти скорочення типу 1 і скорочення типу 2. Чи знаєте ви, чи є хороші історичні приклади цього? Наприклад, чи були якісь результати NP-повноти, структурно досить глибокі, що люди вважали ? P=NP
GMB

16

Те, чого не вистачає в аналогії, - це якесь поняття відносних відстаней. Давайте замінимо Аляску в нашій аналогії на Місяць:

Ви дослідник, шукаючи міст між Північноамериканським та Азіатським континентами. Протягом багатьох місяців ви намагалися і не змогли знайти сухопутний міст від материкової зони Сполучених Штатів до Азії. Потім ви виявите, що материк США з'єднаний сушею з Місяцем. Ви вже впевнені, що Місяць знаходиться на великій відстані від Азії, тож тепер ви можете бути впевнені, що Північна Америка також є величезною віддаленістю від Азії через нерівність трикутника.


2
+1. Ця відповідь виявляє глибший момент. Зниження може як "розтягнути речі", так і "об'єднати їх". Який із них, як видається, робить, залежить від попереднього переконання.
Суреш Венкат

9

Неправда, що ми завжди розглядаємо теореми відновлення як твердження твердості. Наприклад, в алгоритмах ми часто зводимо проблему до LP та SDP для їх вирішення. Вони не трактуються як результати твердості, а алгоритмічні результати. Однак, хоча це технічно скорочення, ми часто не називаємо їх такими. Що ми маємо на увазі під скороченням, як правило, це зменшення якоїсь важкої проблеми (NP-).

Зниження є відносним результатом твердості, якщо ми маємо скорочення від завдання до задачі це означає , що легше , ніж в деякому сенсі, який є таким же , як є більш складним , ніж . Нижня межа - результат абсолютної твердості. Тепер, якщо ми знаємо / гадаємо, що абсолютно важкий, то зменшення від до означає те саме дляB A B B A A A B BABABBAAABB. Більшість дослідників вважають більш ймовірним, що P не дорівнює NP, і навіть гіпотеза, що SAT вимагає експоненціального часу. Іншими словами, SAT вважається дуже важким. Якщо ви приймаєте ці здогадки, то цілком розумно дивитися на скорочення, що доводять універсальність проблеми для НП, як проблему важкої. (Чому дослідники вважають, що Р не дорівнює NP, швидше за все, це вже інше питання, про теоретичні блоги про це було кілька публікацій.)

Частина причини, яку ми замінюємо нижньою межею результатами універсальності (тобто є зменшення від кожної проблеми в класі до проблеми), - це відсутність успіху у доведенні хороших загальних нижчих меж (це відповідає поточному стану знань що SAT можна вирішити за лінійний детермінований час).


А простіше, ніж B? Більшість скорочень передбачають певну часову пеню, і цілком можливо, що певне зменшення може бути якнайшвидшим, як найшвидше рішення А. Зниження від А до В показує, що А не набагато складніше, ніж В, але все-таки може бути важче.
Brilliand

Тут простіше означає до рівня еквівалентності класу скорочень.
Каве

Ці дві проблеми можуть бути взаємно легшими одне від одного? Я отримую узагальнення до класів еквівалентності, але я думаю, що це все ще повинно бути "принаймні так просто".
Brilliand

Легше не означає строго легше.
Каве

3

Власне, відкриття Аляски мало б зворотний ефект, принаймні спочатку. Оскільки вона поширюється так далеко на захід, це змусить людей подумати, що, ей, може, є наземний міст, зрештою (аналогія є, ей, можливо, P  =  NP, оскільки ця нова НП- неповна проблема виглядає настільки хорошим кандидатом на маючи поліноміально-часовий розчин). Однак після того, як Аляска була ретельно досліджена і не було знайдено сухопутного мосту, люди, ймовірно, будуть переконані, ніж раніше, що Азія та Америка розділені.


3

питання вводить особливу аналогію / метафору, яку не використовують багато фахівці і зосереджується лише на P / NP & не згадує жодних інших класів складності, тоді як експерти, як правило, розглядають це як великий взаємопов'язаний всесвіт сутностей, як на чудовій діаграмі, створеній Купербергом . було б акуратно скласти великий перелік аналогій класів складності, таких аналогій багато. в ньому йдеться про "усунення" проблем, доведених як завершення НП, та "хвилювання від нових підходів".

можна зрозуміти, що з'явився початковий "азарт" від виявлення повного класу НП, але деяке "хвилювання" згасло після того, як зараз пройшло більше чотирьох десятиліть напружених зусиль, щоб довести P ≠ NP, схоже, нікуди не пішли багатообіцяючими, і деякі дослідники вважають, що ми немає ближче. історія повна дослідників, які довгі роки працювали над проблемами без будь-якого чи багато очевидного прогресу, іноді з пізнішим жалем. тому NP Complete може слугувати (запозичити аналогію Ааронсона) як своєрідний "електричний паркан", попередження / застереження не надто втягуватися в спроби (тут буквально, більш ніж один) "нерозв'язних" проблем.

правда, є головний аспект "каталогізації" повних проблем НП, які все ще тривають. проте масштабні «дрібніші» дослідження ключових проблем, повних NP (SAT, виявлення кліків тощо) продовжуються. (насправді дуже подібне явище виникає з невирішеними проблемами: коли їх доведено не визначити, це так, ніби вони визначають "землю без ман" для подальшого розслідування.)

тому всі повні проблеми НП виявляються еквівалентними настільки, що є в сучасній теорії, і це іноді виявляється в разючій думці, такі як гіпотеза Бермана-Хартманіса про ізоморфізм дослідники сподіваються, що це колись зміниться.

це питання позначено soft-questionвагомою причиною. Ви не знайдете серйозних вчених, які багато обговорюють аналогій у своїх роботах, які вивчають науково-популярні науки , вважаючи за краще зосередитись на математичній точності / строгості (і як підкреслюється у настановах для спілкування для цієї групи). проте тут є певна цінність у навчанні та спілкуванні з сторонніми людьми / мирянами.

Ось кілька «контр-аналогій» для мирян разом із «дослідженнями» до понять. це може бути внесено до більш тривалого списку.

  • у питанні є аналогія територій. але має сенс думати про основні регіони теорії складності, в тому числі в межах відомих класів як terra incognita . Іншими словами, існує область P, що перетинається NP. і P, і NP досить добре зрозумілі, але невідомо, чи область P ⋂ NP-hard (P перетинає NP-hard) порожня чи ні.

  • Нещодавно Ааронсон дав метафору двох очевидно різних видів жаб, які ніколи не змішуються для P / NP. він також посилався на "невидимий електричний паркан" між ними.

  • фізика частинок вивчає стандартну модель. фізика вивчає склад частинок так само, як теорія складності вивчає склад класів складності. у фізиці існує певна невизначеність щодо того, як одні частинки породжують інші ("встановлення меж") так само, як і в теорії складності.

  • "зоопарк складності" , як у багатьох екзотичних тварин, які мають різні можливості, деякі маленькі / слабкі та деякі великі / потужні.

  • Класи складності схожі на плавний континуум часу / простору, як це спостерігається в теоремах ієрархії часу / простору з ключовими «точками переходу» (на диво досить глибоко аналогічно фазовим переходам фізичної речовини) між різними станами.

  • машина Тьюрінга - це машина з «рухомими деталями», і машини виконують роботу, що еквівалентно вимірюванням енергії , і вони мають вимірювання часу / простору . тому класи складності можна розглядати як "енергію", пов'язану з перетвореннями вводу-виводу чорного поля.

  • Існує багато можливих аналогів з історії математики, тобто проблема квадратизації кола, знаходження алгебраїчних розв’язків квінтичного рівняння тощо.

  • Світи Імпагліазо

  • Нова книга Fortnows містить багато науково-популярних аналогій для видобутку.

  • Шифрування / дешифрування: Тьюрінг, напевно, працював над цим під час Другої світової війни, і багато теорем, що підтверджують відмінності в класах складності, можуть здатися аналогічними проблемам дешифрування. це робиться більш твердим з такими документами, як " Натуральні докази", де розділення класів складності пов'язане безпосередньо з "розбиттям" псевдогенераторів випадкових чисел.

  • Стиснення / декомпресія: різні класи складності дозволяють / представляють різні обсяги стиснення даних. наприклад, припустимо, що P / poly містить NP. це означатиме, що існують "менші" сутності (а саме схеми), які можуть "кодувати" "більші" NP повних проблем, тобто більші структури (даних) можуть бути "стиснуті" ефективно в менші структури (даних).

  • по аналогії зоопарку / тварин існує сильний аспект Сліпої людини та слона до теорії складності. поле все ще мабуть / можливо, на ранніх етапах дуже довгої дуги (це не є неправдоподібним або нечуваним для інших математичних полів, що мають проміжки століть чи навіть тисячоліть), і багато знань можна сприймати як часткові, непересічні та фрагментарно.

тому коротко кажучи, питання задає "оптимізм, пов'язаний зі скороченням". Вчені взагалі утримуються від емоцій або навіть сміються над ними часом у чисто логічному пошуку. є баланс як довгострокового песимізму, так і обережного оптимізму на місцях, і хоча є деякий простір для неформальності, усі серйозні дослідники повинні прагнути до неупередженості у своїх професійних позиціях як частини посадової інструкції. зрозуміло, що в центрі уваги є маленькі перемоги та інкременталізм, а не «захоплення».


1
Дякую, це чудова відповідь. Яка фантастична схема Куперберга!
GMB

так. сподіваємось, що це повинно зробити більш зрозумілим, що скорочення - це механізм для призначення (раніше невідомих) проблем у рамках "основної системи класифікації", що нагадує типи / види тощо в біології. це, як правило, підтримує, а не виключає подальше вивчення. також на діаграмі континуум обчислювальної твердості коливається від "низького / легкого" знизу до "жорсткого" вгорі. що примітно - контраст / дихотомія дискретних та безперервних аспектів ієрархії класів. також основні / ключові класи, такі як P / NP, функціонують на зразок "концентраторів" з багатьма іншими класами, пов'язаними з ними.
vzn
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.