Все ли проблемы целочисленного линейного программирования NP-Hard?


11

Как я понимаю, задача присваивания находится в P, поскольку венгерский алгоритм может решить ее за полиномиальное время - O (n 3 ). Я также понимаю, что задача присваивания - это целочисленная задача линейного программирования , но на странице Википедии говорится, что это NP-Hard. Для меня это означает, что проблема с назначением находится в NP-Hard.

Но, конечно, проблема назначения не может быть как в P, так и в NP-Hard, иначе P будет равно NP? Означает ли страница Wikipedia, что общий алгоритм решения всех проблем ILP - это NP-Hard? Несколько других источников утверждают, что ILP является NP-Hard, так что это действительно сбивает с толку мое понимание классов сложности в целом.


4
NP-hard означает, что (если P = NP) каждый многоплановый детерминированный алгоритм не выполняется в некотором (бесконечном) наборе экземпляров. Также обычно есть наборы простых примеров.
— Сашо Николов

1
Обратите внимание, что утверждение не «каждый IP - NP-сложный», но «решение каждого IP - NP-сложный».
— Рафаэль

1
Как примечание, IP для фиксированного измерения находится в P.
— A.Schulz

Ответы:


20

Если проблема NP-Hard, это означает, что существует класс экземпляров этой проблемы, NP-Hard. Вполне возможно, что другие конкретные классы экземпляров могут быть разрешимы за полиномиальное время.

Рассмотрим, например, проблему нахождения 3-окраски графа . Это хорошо известная проблема NP-Hard. Теперь представьте, что его экземпляры ограничены графами, например деревьями. Ясно, что вы можете легко найти 3-цветную окраску дерева за полиномиальное время (действительно, вы также можете найти 2-цветную окраску).

Рассмотрим решение проблемы на секунду. Метод доказательства твердости решаемой задачи заключается в разработке полиномиальной (карповой) редукции из другой задачи Q , известной как NP-Hard. В этом сокращении вы показываете, что существует функция f, которая отображает каждый экземпляр q проблемы Q на экземпляр проблемы P так , что: q является экземпляром yes дляпQеQQпQ представляет собой экземпляр да по P . Это подразумевает, что решение f ( q ) должно быть «как минимум так же сложно», как решение qQ⟺е(Q)пе(Q)Q само .

Обратите внимание , как это не требуется для образа равного множества экземпляров P . Поэтому это вполне возможно для проблемы Pепп ограниченная некоторым подмножеством примеров, не будет сложной.

Чтобы вернуться к исходному вопросу:

  • Задача о назначении может быть решена за полиномиальное время, т. Е. Решение каждого случая задачи о назначении может быть вычислено за полиномиальное время.
  • ILP - это NP-Hard: в общем, может быть трудно вычислить решение проблемы ILP, то есть существуют сложные примеры ILP.
  • Некоторые конкретные случаи ILP могут быть решены за полиномиальное время.

Не могли бы вы объяснить, необходимо ли отображать каждый экземпляр Q, не можем ли мы отобразить подмножество Q ? то есть должен ли предварительный образ f быть всем Q ? fQQfQ
— Мат

Это не является необходимым для , чтобы отобразить каждый экземпляр Q до тех пор , как он сопоставляет (бесконечный) класс жестких экземпляров Q . Например, чтобы показать, что P является NP-Hard, можно привести сокращение от задачи 3-окраски, ограниченной плоскими графами. еQQп
— Стивен

14

Нет, особые случаи могут быть проще.

Рассмотрим этот IP, например, при заданном aя≥0 для я∈[1 ..N] :

минΣязнак равно1NИксяaя

улица Σязнак равно1NИкся≥1
иxi∈Nдляi∈[1 ..n] Икся∈Nя∈[1 ..N] .

Это находит минимум среди a1,...,aN (т , для которого, неизбежно, Иксязнак равно1 в оптимальном решении). Нахождение минимума из N чисел является явно полиномиальной проблемой.


0

Вы можете смоделировать полиномиально разрешимую проблему как IP. Это не значит, что проблема NP-трудна. Это просто означает, что не существует известного полиномиального алгоритма для решения IP-модели вашей задачи (если только P = NP).

Итак, как вы и предполагали, проблема назначения находится в P, но ваша IP-модель является NP-сложной.


3
IP в ответе Рафаэля может быть решен за полиномиальное время. Другими словами, в целом мы не знаем о быстром алгоритме для решения IP, но есть особые случаи проблем с IP, для которых у нас есть быстрые алгоритмы.
— Юхо

0

Нет, существует специальный вид целочисленной программы, если матрица ограничений TUM (полностью унимодулярная матрица), то она может быть преобразована в линейную программу, которая может быть решена за полиномиальное время.


-4

Проблема назначения - это не ILP, а проблема LP и, следовательно, не NP-hard.


4
Я не уверен, почему вы думаете, что проблема назначения не является ILP. Случается, что в этом случае оптимальное решение для линейной программы также является оптимальным решением для целочисленной линейной программы ... но это не значит, что это не экземпляр ILP.
— DW

Кроме того, отдельные экземпляры сами по себе никогда не являются NP-сложными. Вы хотите сказать «это на самом деле простой пример», но это гораздо более сложное утверждение (определите «легкий»).
— Рафаэль
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.