Недетермінований прискорення детермінованих обчислень


14

Чи може недетермінізм прискорити детерміновані обчислення? Якщо так, то скільки?

Під прискоренням детермінованих обчислень недетермінізмом я маю на увазі результати форми:

DTime(f(n))NTime(n)

Наприклад, щось подібне

DTime(n2)NTime(n)

Який найвідоміший результат прискорення детермінованих обчислень недетермінізмом? Що щодо ΣkPTime(n) або навіть ATime(n) замість NTime(n) ?

Припустимо, що класи складності визначаються за допомогою багато стрічкових машин Тьюрінга, щоб уникнути добре відомих особливостей підквадратичних одночасних машин Тюрінга.


3
(За теоремою 4.1 і часу ієрархії теореми, ваш приклад не може виконуватися для 1-стрічки ДЧ.)

Відповіді:


11

Не варто сподіватися на захоплюючу швидкість. Ми маємо

DTIME(f(n))NTIME(f(n))ATIME(f(n))DSPACE(f(n)),

а найвідомішим моделюванням детермінованого часу простором є теорема Хопкрофта – Пола – Валента

DTIME(f(n))DSPACE(f(n)/logf(n)).

Таким чином, невідомо, що недетермінізм чи чергування дають прискорення більш ніж логарифмічного коефіцієнта. (Я підозрюю, що також не відома суперлінійна швидкість прискорення, хоча я не впевнений, що теорема HPV не може бути змушена працювати з ATIME замість DSPACE.)


1
Для машин Тюрінга в Інтернеті на одній стрічці це фольклор, що . NTIME(n)DSPACE(n)
Майкл Вехар

1
Для машин Тюрінга з двома стрічками ми маємо як зазначено вище. DTIME(n)DSPACE(n/log(n))
Майкл Вехар

2
Питання стосується багатотапних машин Тьюрінга.
Emil Jeřábek 3.0

4
Я просто хотів дати додаткове роз’яснення зацікавленому читачеві.
Michael Wehar

2
За Пол-Піппенгера-Семереді-Троттера першим включенням є для особливого випадку, коли f ( n ) = n . DTIME(f(n))NTIME(f(n))f(n)=n
András Salamon

6

Існує два різних поняття:

(1) Ефективне моделювання детермінованих машин недетермінованими машинами.

(2) Прискорення результатів, які отримуються шляхом застосування моделювання знову і знову.

Я не знаю жодного ефективного моделювання детермінованих машин недетермінованими, але я знаю кілька результатів прискорення, які можуть бути використані, якщо існують ефективні симуляції.

Розглянемо клас мов, які можна визначити недетермінованою машиною Тьюрінга, що працює протягом t ( n ) часу, використовуючи лише g ( n ) недетерміновані здогадки. Іншими словами, довжина свідка обмежена g ( n ) .NTIGU(t(n),g(n))t(n)g(n)g(n)

Якщо у вас є більш ефективне моделювання, використовуючи лише log(n) недетерміновані здогадки , то я вважаю, що ви можете його трохи прискорити. Зокрема, я вважаю, що ви можете довести наступне:

Якщо , то D T I M E ( 2 DTIME(nlog(n))NTIGU(n,log(n)).DTIME(2n)NTIME(n)

Якщо вам це здається цікавим, я можу написати доказ.

Райан Вільямс представив деякі пов'язані з цим прискорення у "Поліпшенні вичерпних пошукових значень суперполіноміальних нижніх меж".


1
Як бачите, - досить велике припущення, і цілком розумно, що ви могли б довести гіпотезу, що вона помилкова . Дайте мені знати, якщо ви це зробите. :)DTIME(nlog(n))NTIGU(n,log(n))
Michael Wehar

@AndrasSalamon: Як це випливає з перебору?

@RickyDemer ви праві, це не так; видалили коментарі. Я неявно припускав, що недетермінізм знаходиться в кінці обчислення, але слід вважати, що він є на початку.
Андрас Саламон

Оновлення: Нарешті почав писати запропонований результат прискорення, про який я згадував. Це, здається, трохи відрізняється від інших результатів прискорення, які я знайшов. Будь ласка, не соромтесь відповісти або надіслати мені електронну пошту, якщо вам цікаво обговорити. Дякую! :)
Michael Wehar

1
Звичайно, придивіться, це інтригуючий підхід.
Андрас Саламон

6

Ось пояснення, чому загальне квартичне недетерміноване прискорення детермінованих обчислень, навіть якщо це правда, важко довести:

Припустимо, що має місце загальна квартова недетермінована прискорення детермінованих обчислень, таких як . Для суперечності припустимо, що S A TD T i m e ( o ( n 2 / lg n ) ) . Від N T i m e ( n ) існує квадратичне скорочення часу DTime(n4)NTime(n)SATDTime(o(n2/lgn))NTime(n)SATDTime(n4)DTime(o(n4/lgn))

SAT

DTime(n4)NTime(n)SATDTime(o(n2/lgn))

Тому доведення загальної квадратичної недетермінованої прискорення детермінованих обчислень є щонайменше настільки ж важким, як і доведення майже квадратичної нижньої межі на SАТ.

Аналогічно для будь-якої добре поводиться функції f(н):

DTime(f(n2))NTime(n)SATDTime(o(f(n)/lgn)).

(If in place of SAT we pick a problem which is hard for NTime(n) under linear-time reductions then this would give f(n)/lgn lower bound for that problem. If we fix the number of the machine tapes to some k2 then we can use Fürer's time hierarchy theorem which does not have the lgn factor.)


Since we don't even know that SAT is not in DTime(n), we don't know an ω(nlgn)2 speed-up.
Kaveh
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.