Проблема принятия решения о том, подразумевает ли монотонный КНФ монотонный ДНФ


14

Рассмотрим следующую проблему решения

Входные данные : монотонный CNF Φ и монотонный DNF Ψ .

Вопрос : Φ→Ψ тавтология?

Определенно вы можете решить эту проблему в O(2n⋅poly(l)) -time, где n - количество переменных в Φ→Ψ а l - длина ввода. С другой стороны, эта проблема является coNP-полной. Кроме того, сокращение , которое устанавливает CONP-полноту также показывает , что, если СЕТ не выходит из строя, нет никакого O(2(1/2−ε)npoly(l))алгоритм для этой задачи (это верно для любого положительного ε ). Вот это сокращение. Пусть A - (немонотонный) CNF, и пусть x - его переменная. Замените каждое положительное вхождение x на y а каждое отрицательное вхождение x на Z . Сделайте то же самое для каждой переменной. Пусть получающийся монотонный CNF будет Φ . Легко видеть, что A выполнимо тогда и только тогда, когда Φ→YZ∨... не тавтология. Это сокращение увеличивает число переменных в 2 раза, что подразумевает 2N/2 (На основе SETH) нижняя граница, упомянутая выше.

Таким образом, есть промежуток между 2N/2 и 2N временем. Мой вопрос: известен ли какой-нибудь лучший алгоритм или лучшее сокращение от SETH?

Всего два замечания, казалось бы, связанных с проблемой:

  • обратная проблема того, подразумевает ли монотонный DNF монотонный CNF, тривиально разрешима за полиномиальное время.

  • Интересно, что проблема принятия решения о Φ и Ψ вычислить ту же функцию , может быть решена в квазиполинома времени из - за Fredman и Хачиян (О сложности дуализация монотонных дизъюнктивных нормальных форм, журнал алгоритмов 21 (1996), вып. 3 , стр. 618–628, дои: 10.1006 / яг.1996.0062 )

Ответы:


6

Предполагая , что СЕТ, проблема не решаемая во время для любого х > 0 .О(2(1-ε)NпоLY(L))ε>0


Во-первых, позвольте мне показать, что это верно для более общей проблемы, где и Ψ могут быть произвольными монотонными формулами. В этом случае происходит многократное сокращение ctt от TAUT до задачи, которая сохраняет количество переменных. Пусть T n t ( x 0 , … , x n - 1 ) обозначает пороговую функцию T n t ( x 0 , … , x n - 1 ) = 1ΦΨTTN(Икс0,...,ИксN-1) Используя сортировочную сеть Айтаи-Комлоса-Семереди,T n t можно записать с помощью монотонной формулы полиномиального размера, построенной за времяpoly(n).

TTN(Икс0,...,ИксN-1)знак равно1⟺|{я<N:Иксязнак равно1}|≥T,
TTNпоLY(N)

Учитывая булеву формулу , мы можем использовать правила Де Моргана, чтобы записать ее в виде ϕ ′ ( x 0 , … , x n - 1 , ¬ x 0 , … , ¬ x n - 1 ) , где ϕ ′ монотонно. Тогда ϕ ( x 0 , … , x n -φ(Икс0,...,ИксN-1)

φ'(Икс0,...,ИксN-1,¬Икс0,...,¬ИксN-1),
φ'является тавтологией тогда и только тогда, когда монотонные значения T n t ( x 0 ,…, x n - 1 )→ ϕ ′ ( x 0 ,…, x n - 1 , N 0 ,…, N n - 1 ) действительны для каждогоt≤n, где N i = T n - 1 t (φ(Икс0,...,ИксN-1)
TTN(Икс0,...,ИксN-1)→φ'(Икс0,...,ИксN-1,N0,...,NN-1)
T≤N
Ni=Ttn−1(x0,…,xi−1,xi+1,…,xn−1).

Для импликации слева направо пусть будет присваиванием, удовлетворяющим T n t , т. Е. По крайней мере с t . Существует e ′ ≤ e с ровно t единицами. потомeTtnte′≤et , следовательно, e ′ ⊨ ϕ влечет e ′ ⊨ ϕ ′ ( x 0 , … , x n - 1 , N 0 , …e′⊨Ni↔¬xie′⊨ϕ . Поскольку это монотонная формула, мы также имеем e ⊨ ϕ ′ ( x 0 , … , x n - 1 , N 0 , … , N n - 1 ) . Слева направо аналогично.e′⊨ϕ′(x0,…,xn−1,N0,…,Nn−1)e⊨ϕ′(x0,…,xn−1,N0,…,Nn−1)


Теперь позвольте мне вернуться к исходной проблеме. Я покажу следующее: если задача разрешима во времени , то для любого k , k -DNF-TAUT (или дважды k -SAT) разрешима за время 2 δ n + O ( √2δnpoly(l)kkk. Это подразумеваетδ≥1,если выполняется SETH.2δn+O(knlog⁡n)poly(l)δ≥1

Итак, предположим, что нам дано -DNF ϕ = ⋁ i < l ( ⋀ j ∈ A i x j ∧ ⋀ j ∈ B i ¬ x j ) ,k

ϕ=⋁i<l(⋀j∈Aixj∧⋀j∈Bi¬xj),
где для каждого i . Разобьем n переменных на блоки n ′ = n / b размером b ≈ √|Aя|+|Вя|≤КяNN'знак равноN/б каждый. По той же причинекак указано выше,φявляется тавтологией тогда и только тогдакогда последствия ⋀ у < п ' Т Ь т ¯u ( х б U , ... , х б ( у + 1 ) - 1 ) → ⋁ я < л ( ⋀ J ∈ я х J ∧ ⋀ J ∈ B я Nб≈К-1Nжурнал⁡Nφ справедливы для любогоn′-набораt0,…,tn′-1∈[0,b], где для любогоj=bu+j′,0≤j′<b, мы определяем Nj=T b - 1 t u (xbu,…,xbu
(*)⋀U<N'TTUб(ИксбU,...,Иксб(U+1)-1)→⋁я<L(⋀J∈AяИксJ∧⋀J∈ВяNJ)
N'T0,...,TN'-1∈[0,б]Jзнак равнобU+J'0≤J'<б
NJзнак равноTTUб-1(ИксбU,...,ИксбU+J'-1,ИксбU+J'+1,...,Иксб(U+1)-1),
TTбО(2б)(*)О(N2б)NJО(2б)О(2Кб)О(L2Кб)(*) является примером нашей проблемы размера О(L2О(Кб)) в Nпеременные. По предположению, мы можем проверить его действительность во времениО(2δN+О(Кб)LО(1)), Мы повторяем эту проверку для всехбN' выбор T→Таким образом, общее время
О((б+1)N/б2δN+О(Кб)LО(1))знак равноО(2δN+О(КNжурнал⁡N)LО(1))
как утверждено.

Мы получаем более тесную связь с (S) ETH, рассматривая версию задачи с ограниченной шириной: для любого К≥3, позволять К-MonImp обозначает ограничение проблемы, где Φ это К-CNF и Ψ это К-DNF. (S) ETH касается констант

sКзнак равноинф{δ:К-SAT∈DTяMЕ(2δN)},s∞знак равновир{sК:К≥3},
Аналогично, давайте определимся
sК'знак равноинф{δ:К-MоNямп∈DTяMЕ(2δN)},s∞'знак равновир{sК':К≥3},
Очевидно, что
s3'≤s4'≤⋯≤s∞'≤1
как в случае SAT. У нас также есть
sК'≤sК,
и уменьшение двойной переменной в вопросе показывает
sК≤2sК',
Теперь, если мы применим конструкцию выше с постоянным размером блока б, мы получаем
sК≤sбК'+журнал⁡(б+1)б,
следовательно
s∞знак равноs∞',
В частности, SETH эквивалентен s∞'знак равно1и ETH эквивалентно sК'>0 для всех К≥3,

Спасибо за ваш ответ! Мне интересно, можно ли сделатьΦ и Ψпостоянная глубина в этой конструкции? А именно, я не знаю, известны ли монотонные логические формулы постоянной глубины субэкспоненциального размера (или даже немонотонные схемы) дляTКN(в частности, для большинства)? Конечно есть2NΩ(1/d) нижняя граница для глубиныdно, скажем, 2Nразмер будет в порядке.
— Саша Козачинский

TКNи вообще все, что можно вычислить по формулам полиномиального размера (т. е. в NC ^ 1), имеетd схемы размера 2NО(1/d), См. Например, cstheory.stackexchange.com/q/14700 . Мне придется подумать, сможешь ли ты сделать их монотонными, но это звучит правдоподобно.
— Эмиль Йержабек поддерживает Монику

OK. Во-первых, универсальная конструкция прекрасно работает в монотонной настройке: если функция имеет монотонные формулы разного размера, она имеетd монотонные схемы размера 2NО(1/d)поLY(N) для любого d≥2, Во-вторых, дляTКN в частности, легко построить монотонную глубину3 схемы размера 2О(Nжурнал⁡N) разделив входные данные на блоки размера Θ(Nжурнал⁡N),
— Эмиль Йержабек поддерживает Монику

На самом деле, продвигая эту идею немного больше, она дает ответ на первоначальный вопрос: предполагая, что SETH, нижняя граница сохраняется для Φ монотонный CNF и Ψмонотонный DNF. Я напишу это позже.
— Эмиль Йержабек поддерживает Монику

Я думаю, что вы можете разделить все переменные примерно на N блоки Икс1,...ИксN а потом пишешь TК1N(Икс1)∧...∧TКNN(ИксN)→φ' для каждого К1+...+КN≤N, Ты можешь использовать2Nразмер CNF для каждой пороговой функции. Но тогда с правой стороны у вас будет не DNF, а формула глубины 3 ...
— Саша Козачинский
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.