Методы показа этой проблемы в твердости «подвешенный»

36

Учитывая новую проблему в , истинная сложность которой находится где-то между и являющейся NP-полной, я знаю два метода, которые можно использовать, чтобы доказать, что решить эту проблему сложно:NPP

  1. Покажите, что задача является GI-полной (GI = Изоморфизм графов)
  2. Покажите, что проблема в . По известным результатам такой результат подразумевает, что если задача является NP-полной, то PH падает на второй уровень. Например, известный протокол для неизоморфизма графов делает именно это.coAM

Существуют ли какие-либо другие методы (возможно, с разными «убеждениями»), которые были использованы? Для любого ответа необходим пример того, где он фактически использовался: очевидно, есть много способов показать это, но примеры делают аргумент более убедительным.

Суреш Венкат
источник
12
Если проблема кажется достаточно сложной, но вы не можете доказать, что это NPC, быстрая проверка состоит в подсчете количества строк длины n на языке: если набор редок, он вряд ли будет NPC (в противном случае P = NP по теореме Махани) ... поэтому лучше направить усилия на то, чтобы доказать, что это в P :-) :-) Пример из блога Fortnow & Gasarch : {(n, k): существует способ разбиения { 1, ..., n} в самое большее k блоков, чтобы ни у одного блока не было x, y, z с x + y = z}
Марцио Де Биаси
5
@MarzioDeBiasi звучит как ответ для меня.
Сашо Николов
2
Такая демонстрация состоит из двух частей: демонстрация сложности помещения задачи в BPP и демонстрация сложности помещения задачи в класс NP-complete. (Напомним, что GI-полнота просто означает «находится в GI и является трудной для GI».)
1
+1 для Рикки Демер; мы могли бы хотеть иметь список методов для первой части.
Pteromys
2
Для проблем в FNP без очевидных версий решений в NP, PPAD является полезным (и растущим) классом для рассмотрения. Задачи, полные PPAD, включают в себя множество проблем с нахождением фиксированных точек, например равновесия Нэша. Список Шивы полезен: cs.princeton.edu/~kintali/ppad.html
Андраш Саламон,

Ответы:

47

Показ того, что ваша проблема в coAM (или SZK), действительно является одним из основных способов привести доказательства «неопределенности твердости». Но кроме этого есть несколько других:

  • Покажите, что ваша проблема в NP ∩ coNP. (Пример: Факторинг.)
  • Покажите, что ваша проблема разрешима за квазиполиномиальное время. (Примеры: измерение VC, приближенные бесплатные игры.)
  • Покажите, что ваша задача не сложнее, чем инвертировать односторонние функции или решить NP в среднем. (Примеры: множество проблем в криптографии.)
  • Покажите, что ваша проблема сводится к (например) Уникальным играм или Расширению малого набора.
  • Покажите, что ваша проблема в BQP. (Пример: Факторинг, хотя, конечно, это также в NP ∩ coNP.)
  • Исключите большие классы снижения NP-полноты. (Пример: проблема минимизации цепей, изученная Kabanets и Cai.)

Я уверен, что есть другие, которые я забыл.

Скотт Ааронсон
источник
2
Это отличный список, Скотт!
Суреш Венкат
1
Просто любопытно ... какие из этих методов показывают, что проблема вряд ли будет решаема за полиномиальное время (или RP, или BPP)? Я не видел никого, который, казалось бы, делал это.
Филип Уайт
2
Филипп: Ты прав, они нет. Для доказательства того, что конкретной проблемы NP нет в P, все сводится к (1) попытке поставить ее в P и неудаче, и / или (2) уменьшению других проблем, которые люди не смогли поставить в P для этой проблемы.
Скотт Ааронсон
23

n

Примером может служить проблема разбиения чисел на k-блоки (из блога Fortnow & Gasarch, первоисточник: Cyberpuzzles доктора Экко ):

{ 1{(n,k) there exists a way to partition  {1,...,n} into at most k boxes so that no box has x,y,z with x+y=z}

Марцио де Биаси
источник
23

Вот три дополнения к списку Скотта:

  • Покажи свою проблему в ракурсе. Это означает, что число решений ограничено некоторым полиномом. (Пример: проблема с шлагбаумом). Ни одна NP-полная проблема, как известно, не существует в P. (невозможно, если только P = NP).
  • Покажите вашу проблему в LOGNPNP[log2n]
  • Покажите, что ваша задача имеет субэкспоненциальную плотность (Х. Берман и Дж. М. Хичкок доказали нижнюю границу плотности ( ), если только иерархия полиномов не разрушится. Следовательно, любое N P -полное множество должно иметь некоторое ϵ > 0 такое, что для бесконечно -много целых чисел п2nϵNPϵ>0n02nϵn

H. Бурман и JM Хичкок, NP-Hard Наборы Экспоненциально Плотные Если только coNPNP/poly

Мухаммед Аль-Туркистани
источник
1
Или даже в UP (не только FewP)!
Джошуа Грохов