Есть ли проблемы NP, не в P и не в NP Complete?


34

Есть ли известные проблемы в (а не в P ), которые не являются N P Complete? Насколько я понимаю, в настоящее время нет известных проблем, когда это так, но это не исключено как возможность. NппNп

Если есть проблема , которая является (а не Р ) , но не Н Р - с о м п л е т е , это было бы результатом не существующего изоморфизма между экземплярами этой проблемы и N Р - гр о м р л е т е множество? Если этот случай, как бы мы знаем , что N P проблема не является «тяжелее» , чем то , что мы в настоящее время определить , как N P - гр уплотнительного т р л х тNппNп-сомпLеTеNп-сомпLеTеNп множество?Nп-сомпLеTе


Ответы:


25

Есть ли известные проблемы в NP (а не в P), которые не являются NP Complete? Насколько я понимаю, в настоящее время нет известных проблем, когда это так, но это не исключено как возможность.

Нет, это неизвестно (за исключением тривиальных языков и Σ ∗ , эти два не являются полными из-за определения сокращений многие-один, обычно эти два игнорируются при рассмотрении сокращений многие-один). Существование проблемы N P, которая не является полной для N P по сравнению с многочленным сокращением времени за полином, подразумевает, что P ≠ N P, что неизвестно (хотя широко считается). Если эти два класса отличаются , то мы знаем , что существуют проблемы в N P , которые не являются полными для него, принимать какие - либо проблемы в P .∅Σ∗NPNPP≠NPNPP

Если существует проблема, которая представляет собой NP (а не P), но не NP Complete, будет ли это результатом отсутствия существующего изоморфизма между экземплярами этой проблемы и NP Complete?

Если два класса сложности различны , то по теореме Ладнер в существуют проблемы , которые являются -intermediate, то есть они находятся между P и N Р - с о т р л е т е .NPPNP-complete

Если в этом случае, как мы узнаем, что проблема NP не «сложнее», чем то, что мы в настоящее время определяем как полный комплект NP?

Они по - прежнему полиномиальное время сводится к проблем , поэтому они не могут быть сложнее , чем N Р - с о т р л е т е проблем.NP-completeNP-complete


Прошло несколько лет, но у меня сложилось впечатление, что проблемы NP-Hard соответствуют описанию ОП, куда они вписываются?
— Кевин

2
@Kevin: Нет, NP-hard означает, что проблема, по крайней мере, так же сложна, как и самые сложные проблемы в NP.
— Гек Беннетт

Как насчет проблем с псевдо-полиномиальным временем выполнения?
— Джо,

@ Джо, я не уверен, что ты имеешь в виду, если у вас есть вопрос, опубликуйте его как новый вопрос.
— Каве

1
О, конечно, предполагая, что P! = NP. Такой проблемой был бы изоморфизм графов, верно?
— Леви

11

Как сказал @Kaveh, этот вопрос интересен, только если предположить, что ; остальная часть моего ответа принимает это как предположение и в основном содержит ссылки для дальнейшего снижения аппетита. При этом предположении по теореме Ладнера мы знаем, что существуют проблемы, которых нет ни в P, ни в N P C ; эти проблемы называются N P -intermediate или N P I . Интересно, что теорема Ладнера может быть обобщена на многие другие классы сложности для получения аналогичных промежуточных задач. Далее, из теоремы также следует, что существует бесконечная иерархияп≠NппNпСNпNпяпромежуточных проблем, которые не являются поли-время приводимым друг с другом в .Nпя

К сожалению, даже с предположением очень трудно найти естественные задачи, которые были бы доказуемо N P I (конечно, у вас есть искусственные проблемы, вытекающие из доказательства теоремы Ладнера). Таким образом, даже если предположить, что P ≠ N P в это время, мы можем только верить некоторым проблемам, что N P I, но не доказать это. Мы приходим к таким убеждениям, когда у нас есть разумные доказательства того, что проблема N P не в N P C и / или не в PP≠NPNPIP≠NPNPINPNPCP; или просто когда его изучали в течение длительного времени и избегали вписываться в любой класс. В этом ответе есть довольно полный список таких проблем . Он включает в себя такие постоянные фавориты, как факторинг, дискретный лог и граф-изоморфизм.

Интересно, что некоторые из этих проблем (в частности, факторинг и дискретный лог) имеют полиномиальное время решения на квантовых компьютерах (то есть они находятся в ). Некоторые другие проблемы (такие как граф-изоморфизм), как известно, не находятся в B Q P , и есть продолжающиеся исследования, чтобы решить вопрос. С другой стороны, есть подозрение, что N P C ⊈ B Q P , поэтому люди не верят, что у нас будет эффективный квантовый алгоритм для SAT (хотя мы можем получить квадратичное ускорение); это интересный вопрос, чтобы беспокоиться о том, какая структура N P I проблемы нужны для того, чтобы быть в BBQPBQPNPC⊈BQPNPIBQP .


Действительно недавний результат Бабая (см. Jeremykun.com/2015/11/12/… ) дает квазиполиномиальный алгоритм для изоморфизма графа, в основном удаляя его из NPI, если результат верен. Интересно, что это была проблема, которая не была известна в BQP
— Фредерик Гроссханс

1
@ FrédéricGrosshans, имеющий алгоритм квазиполиномиального времени, не удаляет вас из NPI (фактически, он даже не удалит вас из NPC, если вы не сделаете более сильные предположения, чем просто P! = NP). Результат Бабая (если он правильный, что, вероятно, так и есть) дает лишь косвенные доказательства того, что GraphIso может быть в P, поскольку в прошлом, когда были найдены квазиполиномиальные алгоритмы для сложных задач, они в конечном итоге приводили к полиномиальным алгоритмам.
— Артем Казнатчеев


@ Рафаэль за мой предыдущий комментарий, я не думаю, что Бабай, переводящий квазиполиномиальное в субэкспоненциальное, не имеет особого отношения к обсуждению.
— Артем Казнатчеев

Поскольку этот комментарий все еще здесь, я не хотел, чтобы он оставался без исправлений. (По сути, я отследил все вхождения «Babai» на сайте и опубликовал один и тот же комментарий.) Не стесняйтесь отмечать все комментарии, чтобы они считались устаревшими.
— Рафаэль

7

Нет NP -полных проблемы , как известно, в P . Если для какой-либо задачи с NP- полным существует алгоритм за полиномиальное время , то P = NP , потому что любая проблема в NP имеет сокращение за полиномиальное время до каждой задачи с NP- полным. (Это на самом деле то, как определяется « NP- полный».) И, очевидно, если каждая проблема NP- полного находится за пределами P , это означает, что P ≠ NP . Мы не совсем уверены, почему трудно показать это так или иначе; если бы мы знали ответ на этот вопрос, мы, вероятно, знали бы намного больше о P иNP . У нас есть несколько методов доказательства, которые, как мы знаем, не работают (например, релятивизация и естественные доказательства), но у нас нет принципиального объяснения того, почему эта проблема сложна.

Если в NP есть проблемы, которых нет в P , то фактически существует бесконечная иерархия проблем в NP между задачами в P и теми, которые являются NP- полными: это результат, называемый теоремой Ладнера .

Надеюсь это поможет!


пожалуйста, объясните: нет никаких проблем в NP, как известно, не в P? Разве не все P уже в NP?

1
@ Shimano - это две разные концепции: все проблемы в P, как известно, находятся в NP. Тем не менее, мы не знаем, есть ли какие-либо проблемы в NP не в P. То есть мы знаем, что P является подмножеством NP, но мы не знаем, является ли NP подмножеством P. Это проясняет ситуацию?
— templatetypedef

Теперь все становится яснее. Большое спасибо за ваши быстрые ответы. Нужно еще одно уточнение. Вы сказали: «Причина этого в том, что любая проблема в NP имеет сокращение за полиномиальное время до каждой задачи, полной NP». Это доказывает, что все проблемы в NP автоматически завершены? Я снова немного растерялся

@ Шимано: Не совсем. Направление сокращения важно. Проблема является NP-полной, если все проблемы в NP сводятся к этой проблеме. Вы также можете показать, что проблема NP-сложная, уменьшив известную проблему NP-complete до этой проблемы. Однако демонстрация того, что проблема в NP сводится к известной проблеме NP-полной, не показывает ничего нового, поскольку по определению все проблемы NP сводятся ко всем задачам с NP-полной.
— templatetypedef

1
@ Теорема Шимано - Ладнера гласит, что если P! = NP, то должны быть NP-промежуточные задачи, поэтому, если нет NP-промежуточных задач, то P = NP. И да - если мы можем найти проблему в NP, которой нет в P, независимо от того, находится ли она в BQP, тогда P! = NP.
— templatetypedef

5

Есть некоторые проблемы, которые являются NP, но никто не знает, что они являются NP-полными или , как изоморфизм графов 1 . Но, как я знаю, для таких проблем не существует специального класса сложности, может быть, я ошибаюсь.P

Может быть, это , например, до алгоритма AKS никто не знает, что тестирование простоты - это P или NPC.PP

P


1 Аналогичная проблема: изоморфизм подграфа является NP-полным в сильном смысле.


Спустя 3 года граф-изоморфизм кажется очень близким к P (алгоритм квазиполинейного времени был предложен Бабаи) jeremykun.com/2015/11/12/…
— Фредерик Гроссханс


Ошибка в доказательстве Бабая была исправлена ​​через несколько дней.
— Дэвид Беван
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.