Hesaplama teorisinde doğal bir sorun nedir?


11

Stephen Cook'un P'ye karşı NP sorununa ilişkin makalesinde [1] şunları ifade eder [2]:

Fizibilite Tezi: Doğal bir problemin, polinom-zaman algoritması varsa uygulanabilir bir algoritması vardır.

Benim sorum, “ doğal bir sorun” ile tam olarak ne demek (ya da genel olarak ne demek) ? Sorunların doğal olmasından bahsetmek yeterince yaygın görünmektedir, ancak henüz bir tanım bulamadım. Bir şey eksik gibi görünüyor. İşte düşündüğüm birkaç olası cevap:

İlk Olası Cevap

Cook makalesinde "doğal" açıklanması gerektiğini söylüyor. "Genel olarak, k , k > 1 cinsinin bir yüzeyine gömülebilen grafik kümesi gibi, doğal bir parametresi olan bir sınıfı dikkate almıyoruz" diyor . [3] Şimdi, ilk önce, bu ne diyor " doğal "olduğu gibi değil; ancak her sorun ya doğal olsun ya da olmasın ve bu doğal olmayan tüm sorunları tam olarak açıklıyorsa, o zaman bu doğalı tanımlamak için yeterli olacaktır. (Ancak "genel olarak" niteleyicisi, bunun doğal olmayan sorunların yeterli ve gerekli bir açıklaması olmadığını gösterir.)

Bence "parametreli sınıflar", sabit girdinin izlenebilirliğine atıfta bulunuyor, bu da olası girdilerin kısıtlı olması anlamına geliyor, böylece fizibilite zorlanıyor. Bu nedenle, sırt çantasının taşıyabileceği ağırlığı sabitlersek sırt çantası sorununu [4] polinom zaman algoritmasıyla çözebiliriz (ancak genel olarak polinom zamanında bir çözüm yoktur). Bu el ile, "doğal" olmanın, polinom-zaman algoritmasını, polinom zamanda çözülemeyen bir problemin dışına itecek şekilde, problemin kısıtlanmamış ("yapay olarak" kısıtlanmış?) Anlamına geldiğini kabul ediyorum.

Cook'un "doğal" nosyonunu anlamanın doğru yolu olmadığından emin olmamın nedeni, "doğal" niteliğin burada ne yaptığını tam olarak bilmediğimdir. Eğer "doğal" bırakırsanız, o zaman "bir polinom-zaman algoritması varsa bir problemin uygulanabilir bir algoritması var." Ancak bu son derece makul görünüyor: sırt çantası probleminin uygulanabilir bir algoritması yok çünkü polinom-zaman algoritması yok; sabit-paramater-izlenebilirlikli sırt çantası uygulanabilir bir algoritmaya sahiptir çünkü polinom-zaman algoritmasına sahiptir. Her iki hesap da uygulanabilir bir algoritma ile ilgili bir sorunun ne olduğu fikrine uygun görünmektedir.

Cook'un ne anlama geldiğini anlamak için en iyi rehber bu olabilir, çünkü Cook aslında geri döner ve tanımlar. Ayrıca, bu doğal kavramının bu StackExchange sorusu tarafından yakalandığını da alıyorum. [5}

Ama bir tane daha var.

İkinci Olası Cevap

William Gasarch, "Sorunları Karmaşıklık Sınıflarına Sınıflandırma" [6] adlı makalesinde, "doğal bir sorun olan gerçek bir tartışma" yapacağını söylüyor [7]. Makalenin kapanışında [8] bir konuşmacının söylediği diyalog şeklinde bir değişim var:

“Bir problemi doğal yapan nedir? Bir yandan, problemi sadece P'de olmamak amacıyla inşa etmedim. Bu yüzden aptal bir eşek problemi değil. O zaman doğal olma seviyesine yükseliyor mu?”

Bana öyle geliyor ki Gasarch'ın söylediği şu ki, kasıtlı olarak inşa edilmemiş bir sorunumuz varsa, P'de olmadığını söyleyebiliriz, o zaman doğaldır. Biraz yaratıcı bir yorumla, Gasarch en azından Cook ile tutarlı bir şey söylüyor gibi görünüyor: bir yandan Gasarch, P'de olmamakla birlikte tek amaçla inşa edilmemenin doğal olmayan bir problem yarattığını söylüyor; Öte yandan Cook, parametresi yoksa bir sorunun doğal olduğunu söylüyor. Ancak sadece tutarlılık bir tanım getirmez.

Üçüncü Olası Cevap

"İyi pozlanmış bir sorun" için Wikipedia girişinde, Jacques Hadamard'ın iyi pozlanmış bir sorun kavramının bir tanımı sunulmuştur, daha sonra iyi pozlanmış bir problemin "doğal" problemler olarak kabul edilebileceği belirtilmektedir. çünkü bu problemler tarafından modellenen fiziksel süreçler var. " Peki, sorun yalnızca fiziksel bir süreci modelliyorsa doğaldır?

Wikipedia'ya göre Hadamard'ın nitelikleri (i) bir çözüm var, (ii) çözüm benzersizdir ve (iii) çözümün davranışı başlangıç ​​koşullarıyla sürekli olarak değişir. Bu diğer iki tanımdan farklı görünmektedir. Benim düşüncem, "doğal" ın tam olarak aynı şekilde kullanılmamasıdır (özellikle bir sorunun sadece fiziksel bir süreci modellemesi durumunda doğal olduğu yorumuna katılıyorsak), ama dahil etmek istedim çünkü bu soruyla ilgili araştırmamda ve temas noktaları var.

Benim sorum şu: doğal bir sorun nedir? Bu cevaplardan herhangi biri veya bunların bir kombinasyonu doğru mu? Kaçırdığım başka bir cevap var mı? Teşekkür ederim.

  1. “Problemin Beyanı” 2006 online olarak Clay Mathematics'de yayınlandı; başlık: "P ve NP Sorunu", http://www.claymath.org/sites/default/files/pvsnp.pdf
  2. s. 3
  3. s. 4
  4. https://en.wikipedia.org/wiki/Knapsack_problem#0.2F1_Knapsack_Problem
  5. P bilinen en zor doğal sorun? Doğal bir problemin bu açıklamayı izlediğini, ancak k'yi en büyük olmakla kısıtlamadığını düşünüyorum .
  6. https://www.cs.umd.edu/~gasarch/papers/classcomp.pdf
  7. s. 2.
  8. s. 47-8, bölüm 25
  9. https://en.wikipedia.org/wiki/Well-posed_problem

Bu cstheory stackexchange ile ilgili en sevdiğim sorulardan biri. Birden çok makul cevap olduğunu düşünmeyi seviyorum. İlk bakışta cevaplarınız benim için makul görünüyor. :)
Michael Wehar

Doğal olan iyi bilinen sorunlara birkaç örnek ve doğal olmayan iyi bilinen sorunlara birkaç örnek verebilir miyiz? Ayrıca, doğal sorunların kapanma özelliği var mı?
Michael Wehar

İlk olası cevabınızın Cook'un neden parametrelenmiş problemleri doğal olarak görmediğinin makul bir açıklaması olduğunu düşünüyorum. Bununla birlikte, parametreli problemlerle ilgili konuşmasının bir tanım olması gerekmez. Aslında, Cook'un Cook'un "doğal" ı tanımlamaya çalışmadığını kabul ediyorum.
Sasho Nikolov

Yanıtlar:


15

Açık olmak gerekirse, resmileştirilebilir olması amaçlanmamıştır. Bu bir teorem değil, dünya hakkında bir gözlem - burada "doğal" ın öznel olması sorun değil. Benzetmek gerekirse, eğer birisi "entegrasyon sanat iken farklılaşma mekaniktir" derse, sizi "mekaniği" ve "sanatı" resmileştirmeye ve ifadeyi kanıtlamaya davet etmiyorlarsa, genel bir bakış açısı aktarmaya çalışıyorlar. Yani buradaki ağaçlar için ormanı biraz kaçırıyor olabilirsiniz. [Dipnot]

Yazarın anlamı nedir

Önerinizi takip edelim ve "doğal" kelimesini bırakalım:

Fizibilite Tezi (ilk taslak): Bir problemin polinom-zaman algoritması varsa uygulanabilir bir algoritması vardır.

n1000n1000

Bu yüzden yazar, gerçek dünyada çözmek istediğimiz problemler ve karmaşıklık teorisi dışı yaşamda "doğal olarak" karşılaşılan diğer problemler konusunda tezin hala oldukça doğru olduğunu düşünüyor. Demek düşünüyor, bu problemlere "doğal" diyelim ve fizibilite tezini gözden geçirelim.

Doğal olan ve olmayan

Elbette, pratikte yaygın olarak ortaya çıkan bir sorun doğal olarak kabul edilir: en kısa yollar, sıralama, mesafeyi düzenleme, kök bulma, seyahat eden satıcı, sırt çantası.

Elbette, karmaşıklık sonucunu kanıtlamak için özel olarak düşünülmüş ve tanımlanmış ve belirli bir sınıfa gönderme yapan bir sorun doğal değildir. Örneğin, "bu dize bir Tur makinesi tarafından n zamanında k durumuna getirilebilir".

Bazı şeyler daha az açıktır, belki doğrusal programlama gibi, ama bu konuda çok fazla endişelenmezdim. Birçok algoritma ve karmaşıklık problemi üzerinde çalışın ve genel fikre katılıp katılmadığınızı ya da onunla çeliştiğini düşündüğünüz örnekler bulup bulmadığınızı görün.

(Her halükarda, "iyi pozlanmış sorun" rotasının bu arada şüphelendiğiniz gibi yanlış olduğunu düşünüyorum.)


[dipnot] Sizi resmileştirmeye çalışmaktan, sadece kastettiğinizi düşünmekten caydırmak istemiyorum.


4

Sorun tanımının dairesel olup olmayacağı kabaca kaynar:

  • Yapay bir problem, sınıf kriterlerini doldurmak için yapılandırılmış bir sorundur.

  • Doğal bir problem, sınıf kriterlerini doldurmak için yapım yöntemine bağlı değildir.

Merdiven yapısının NPI mevcut olduğu sürece NP-ara maddesi olduğu bilinmektedir .

PNP

Dikkat: Böyle bir adayı kanıtlamaya çalışan iyi şanslar; Bu erişilebilir bir yaklaşım gibi görünebilir, ancak doğal olarak kanıt üzerinde bazı engeller geliştirmiştir .

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.