Найкраща нижня межа поточного простору для SAT?


22

Виходячи з попереднього запитання ,

які найкращі нижні межі поточного простору для SAT?

Під нижньою межею пробілу я маю на увазі кількість комірок робочої стрічки, використовуваних машиною Тьюрінга, яка використовує алфавіт двійкової робочої стрічки. Постійний термін добавки неминучий, оскільки ТМ може використовувати внутрішні стани для імітації будь-якої фіксованої кількості комірок робочої стрічки. Однак мені цікаво контролювати мультиплікативну константу, яка часто залишається неявною: звичайна установка дозволяє довільну постійну компресію за допомогою великих алфавітів, тому мультипликативна константа там не має значення, але з фіксованим алфавітом слід мати можливість враховувати це.

Наприклад, для SAT потрібно більше, ніж log⁡log⁡n+c місця; як ні, тоді ця верхня межа простору призвела б до часової верхньої межі n1+o(1) за допомогою моделювання, і, таким чином, комбінована n1.801+o(1) нижня межа простору-часу для SAT буде порушена (див. посилання питання). Можливо, також можна вдосконалити цей аргумент, стверджуючи, що SAT вимагає принаймні δlog⁡n+c простору для деякого невеликого позитивного δ що є чимось на зразок 0.801/C, де C - постійний показник у симуляції просторово обмеженої ТМ обмеженою часом ТМ.

На жаль, C зазвичай досить великий (і, звичайно, щонайменше 2 у звичайному моделюванні, де стрічки ТМ спочатку кодуються на одній стрічці за допомогою більшого алфавіту). Такі межі з δ≪1 є досить слабкими, і мені було б особливо цікаво простір нижньої межі log⁡n+c . Беззастережна нижня межа ступенів Ω(nd) для деякої досить великої постійної d>1 означала б такий простір нижньої межі за допомогою моделювання. Однак часові межі Ω(nd) для d>1 наразі невідомі, не кажучи вже про великіd .

Інакше кажучи, я шукаю те, що було б наслідком надлінійних нижчих меж часу для SAT, але які могли б отримати більше безпосередньо.


як і в іншій відповіді (наприклад, RW), зосередження уваги на часових або просторових нижчих межах окремо виявляється недосяжним і має лише слабкі / загальні відомі межі, а провідні дослідження в цій галузі породжують відносно новішу концепцію комбінованої часопросторової складності.
— vzn

Відповіді:


3

Схоже, найкраще відоме пов'язане (для багатотапних машин Тьюрінга) логарифмічне.

Припустимо, бітів бінарної робочої стрічки достатньо для того, щоб вирішити, чи будь-яка n- бітна формула CNF задоволена для всіх досить великих n . За допомогою стандартного моделювання TM з станами q, що використовує не більше s бітів простору, може бути імітовано TM, що має щонайбільше q n s 2 s = 2 s + log n + log s + log qδlog⁡nnnqsqns2s=2s+log⁡n+log⁡s+log⁡qрізні конфігурації. Кожного разу, коли машина приймає, є послідовність (недетермінованих) рухів, що досягають приймаючого стану, що становить щонайбільше, ніж ця кількість конфігурацій. Коли , це максимум 2 s ( 2 + o ( 1 ) ) (зауважте, що q залишається однаковим для всіх вхідних довжин n ). На окремій лічильній стрічці Мs=Ω(log⁡n)2s(2+o(1))qnMспочатку можна записати цю кількість унітарно, потім на кожному етапі моделювання стирають один із символів лічильника та завершують обчислення, якщо у нього колись не вистачає лічильних символів. Це створює постійний коефіцієнт накладних витрат (щось на зразок 3), який поглинається членом в експоненті. Отже, кроків 2 s ( 2 + o ( 1 ) ) достатньо.o(1)2s(2+o(1))

За припущенням , тому добуток часу-простору становить щонайбільше δ log n 2 δ log n ( 2 + o ( 1 ) ) = n δ ( 2 + o ( 1 ) ) .s≤δlog⁡nδlog⁡n2δlog⁡n(2+o(1))=nδ(2+o(1))

Рахул Сантанам показав у 2001 р. (Див. Doi: 10.1016 / S0020-0190 (00) 00227-1 ), що продукт простору та часу для машини Тьюрінга, яка вирішує SAT, повинен бути не менше ; його аргумент стосується також і недетермінованих машин. Отже, δ ≥ 1 , і принаймні log n бітів бінарної робочої стрічки потрібні.Ω(n2−o(1))δ≥1log⁡n

Загалом, додаткові робочі стрічки та більший алфавіт робочої стрічки змінюють показник постійним фактором. Це в кінцевому рахунку зменшує коефіцієнт , але нижня межа простору все ще Ω ( log n ) .δΩ(log⁡n)


2

Можливо, ми можемо довести нижню межу простору для SAT таким чином (але я не впевнений у обмеженому / асимптотичному аналізі, тому моя відповідь може бути абсолютно помилковою).log⁡n

На моделі машини Тьюрінга з однією вхідною стрічкою для читання та однією робочою стрічкою, над бінарним алфавітом , для кожного рішення з c станами на вході розміром n маємо:Σ={0,1}cn

T(n)≤c2S(n)nS(n)(1)

в іншому випадку машина Тюрінга вічно замикається ( компонент представляє всі можливі конфігурації стрічки; n компонент представляє вхідні положення стрічки стрічки, тоді як S ( n ) компонент представляє положення робочої стрічки). На одній стрічці одна головка TM над бінарним алфавітом (1) стає T ( n ) ≤ c 2 S ( n ) S ( n ) .2S(n)nS(n)T(n)≤c2S(n)S(n)

Помноживши обидва терміни на і застосувавши загальний просторово-часовий компроміс для SAT, отримаємо:S(n)

n1.801+o(1)≤S(n)⋅T(n)≤cS(n)22S(n)n

Тож вибір верхньої межі простору, як для SAT, справді призведе до суперечностіS(n)≤(log⁡n)1−ϵ

limn→∞n1.801c((log⁡n)1−ϵ)22(log⁡n)1−ϵn=

limn→∞(0.801⋅log⁡n−log⁡c−2(1−ϵ)log⁡(log⁡n)−(log⁡n)1−ϵ)=∞

o(log⁡n)T(n)≤2log⁡n+C.S(n) for some constant C. The last step you provide can also be made stronger, as a contradiction follows even from S(n)≤δlog⁡n for δ<0.801/C.
— András Salamon

@AndrásSalamon: on the S⋅T bound side, you cannot expect easy improvements: from S. Buss and R. Williams. Limits on Alternation-Trading Proofs for Time-Space Lower Bounds, 2012: "We show that new techniques are provably necessary in order to prove any better time-space lower bounds for the satisfiability problem. That is, the method of "alternation-trading proofs" used to establish that SAT cannot be solved in n2cos⁡(π/7) time and no(1) space cannot prove an n2cos⁡(π/7)+ϵ time lower bound, for every ϵ>0". Do you have any idea :-)?
— Marzio De Biasi

I think this is about as far as one can go using the space-time bounds, precisely because Ryan's approach is as far as these bounds go.
— András Salamon

To even store a SAT instance you need Ω(n) and read it you need Ω(n) time. Doesn't this prove Ω(n2) ST lower bound?
— T....

@Turbo, it is not clear that every algorithm to decide SAT has to store the instance: proving an Ω(n) bit deterministic space lower bound would show L⊊NP.
— András Salamon
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.