Topolojik Özelliklerin Karmaşıklığı.


27

Topoloji üzerine bir ders alan bir bilgisayar bilimcisiyim (süreklilik teorisi ile yoğun şekilde tatlandırılmış bir nokta-noktası topoloji serpme). Topolojik özellikler için bir mekanın (basit bir şekilde) açıklamasını test eden karar problemleriyle ilgilenmeye başladım; Homeomorfizma korunmuş olanlar.

Örneğin, bir düğümün cinsinin belirlenmesinin PSPACE içerisinde olduğu ve NP-Sert olduğu bilinmektedir. (Agol 2006; Hass, Lagarias, Pippenger 1999)

AA Markov (çocuğu: diğer sonuçlar daha daha genel bir yapıya sahip Markov) 1958 gösteren boyutlarda bir homeomorfizma için iki boşluk test bu ya da daha yüksek (4-manifoldlar için kararlaştırılamazlık göstererek) undecidable. Maalesef, bu son örnek, homeomorfizm altında korunan mülklerden ziyade homeomorphy problemiyle ilgilendiği için sorumun mükemmel bir örneği değil.5

Düğüm ve grafik teorisi: "Düşük boyutlu topoloji" de büyük miktarda çalışma var gibi görünüyor. Kesinlikle düşük boyutlu topolojiden elde edilen sonuçlarla ilgileniyorum, ancak genelleştirilmiş sonuçlarla daha fazla ilgileniyorum (bunlar nadir görünüyor).

Ortalamada NP Zor olan problemlerle en çok ilgileniyorum, ancak öyle olmadığı bilinen sorunları listelemeye cesaretlendirilmiş hissediyorum.

Topolojik özelliklerin hesaplamalı karmaşıklığı hakkında hangi sonuçlar bilinmektedir?


1
Belirli bir soruyu çerçeveleyebilir misin?
Suresh Venkat

2
Birisi itirazı kaldırmadan önce, bu sorunun neden özel olduğuna inandığımı savunmama izin verin: Her zamanki literatür taramasını yaptım ve sorumu ele almada nispeten az şey buldum. Bu nedenle, soruya verilen cevaplar belli bir uzmanlık düzeyi içerir. Ayrıca, bu TCS SE'de hesaplamalı topoloji tartışılmaz bir konudur.
Ross Snider

2
Sonuç bir liste olabileceğinden, bu CW olmalı mı?
Suresh Venkat

5
Bence bu harika bir soru. Topoloji problemlerinin hesaplama karmaşıklığı hakkında çok az şey biliniyor ve tek bir yerde toplandığına inanmıyorum (eğer varsa, bir cevap yeterli olacaktır ve sorunun CW olmaması gerekir).
Peter Shor

3
S.Matveev'in “3-Manifoldların Algoritmik Topolojisi ve Sınıflandırılması” nı düşündünüz mü? ( springer.com/mathematics/geometry/book/978-3-540-45898-2 Ücretsiz indirmek için mevcut içindekiler tablosu)
Artem Pelenitsyn

Yanıtlar:


27

Hesaplamalı topoloji, çok büyük bir araştırma grubunu kapsar . Her karmaşıklık sonucunun tam bir özeti imkansız olurdu. Ama sana küçük bir tat vermek için, örneğini genişleteyim.

1911'de, Max Dehn, sonlandırılmış gruplar için kelime problemini ortaya koydu : Jeneratör alfabesi üzerinde bir dize verildiğinde, kimlik öğesini temsil ediyor mu? Bir yıl sonra Dehn , yönlendirilebilir yüzeylerin temel gruplarındaki problem kelimesi için bir algoritma tanımladı ; Dehn, aynı şekilde, belirli bir yönlendirilebilir yüzeydeki belirli bir döngünün büzülebilir olup olmadığına nasıl karar verileceğini açıkladı. Düzgün bir şekilde uygulanmış olan Dehn'in algoritması zamanında çalışır . Aynı 1912 makalesinde Dehn, “Tüm gruplar için kelime problemini çözmek, tüm matematik problemlerini çözmek kadar imkansız” dedi.O(n)

1950 yılında, Turing, son derece sunulan yarı gruplar halinde görülen kelime probleminin , durma probleminden (sürpriz, sürpriz) azalarak kararsız olduğunu kanıtladı .

Turing'in sonucuna dayanarak, Markov 1951'de, son derece sunulan yarı grupların her türlü önemsiz özelliğinin belirlenemeyeceğini kanıtladı. Bazı grupların mülkiyeti varsa ve bazı diğer gruplarda yoksa, grupların mülkiyeti önemsizdir. Teorik bilgisayar bilimcileri kısmi fonksiyonlar hakkında "Rice Teoremi" ile benzer sonuçları biliyorlar.

1952'de Novikov, son derece sunulan gruplardaki kelime probleminin çözülemez olduğunu ve böylece Dehn'in sezgisinin doğru olduğunu kanıtladı. Aynı sonuç 1954 yılında Boone ve 1958'de Britton tarafından bağımsız olarak kanıtlanmıştır.

1955 yılında, Adyan, sınırlı sayıda sunulan grupların her türlü önemsiz özelliğinin tespit edilemez olduğunu kanıtladı . Aynı sonuç, 1956'da Rabin tarafından bağımsız olarak kanıtlandı. (Evet, bu Rabin.)

Son olarak, 1958'de Markov, grup olarak girdi olarak verilen, verilen herhangi bir temel gruba sahip 2 boyutlu hücre kompleksleri ve 4 boyutlu manifoldlar oluşturmak için algoritmalar tanımladı. Bu sonuç, derhal aşağıdakiler de dahil olmak üzere çok sayıda topolojik sorunun tespit edilemez olduğunu ima etti:

  • Belirli bir 2-boyutlu kompleks içinde verilen bir döngü büzülebilir mi? (Bu kelime problemidir.)
  • Belirli bir 2 kompleksi basit bir şekilde bağlanmış mı? ("Bu grup önemsiz mi?")
  • Belirli bir 4-manifoldda verilen bir döngü yüklenebilir mi?
  • Belirli bir 4-manifold sözleşmeli midir?
  • Belirli bir 4-manifolda verilen belirli bir 4-manifold homeomorfik midir (Markov tarafından inşa edilmiştir)?
  • Belirli bir 5-manifoldu 5 küreye homeomorfik midir (veya seçtiğiniz herhangi bir başka sabit 5-manifold)?
  • Verilen bir 6 kompleksi bir manifold mu?

Bu sonuçların en sevdiğim sonucu daha yeni ve daha belirsiz: Verilen bir sonlandırılmış grubun 3 manifoldun temel grubu olup olmadığı belirsizdir. Perelman'ın Thurston'ın geometri varsayımına dair son kanıtı, verilen bir 3-manifoldun önemsiz bir temel gruba sahip olup olmadığını belirleyen bir algoritmanın varlığına işaret eder. Belirli bir grup halinde (@SamNead işaret ettiği gibi, Rubenstein ve Casson sonuçları üstel zamanda çalışır. Bu algoritma anlamına) , bir 3-manifoldu grubu değildir, o için, önemsiz olamaz olduğu önemsiz. Böylece, 3 manifoldlu bir grup olup olmadığına karar verebilirseniz , önemsiz olup olmadığına karar verebilirsiniz , ki bu imkansızdır.GGπ1(S3)GG


Jeffrey. Teşekkür ederim. Bu gerçekten iyi bir şey ve ikinci örneği inanılmaz derecede genişletiyor.
Ross Snider

Bu cevabın şaşırtıcı olmadığı için değil, daha fazla cevabı teşvik etmek istediğim için (özellikle ilk örneğim gibi) sorusuna bir ödül ekledim. Tekrar teşekkürler.
Ross Snider

3 manifoldlu bir grup olmanın kararsızlığı konusundaki argümanınız bana biraz sarsıntılı geliyor. G'nin grup olduğu bir 3-manifoldu oluşturabilmenizi engeller, fakat belki de manifoldu kurmadan evet ya da hayır cevabını vermenin bir yolu var mı? Öyleyse Perelman'ın devam edecek bir şeyi olmazdı.
David Eppstein

İşte Henry Wilton tarafından daha dikkatli bir açıklama: ldtopology.wordpress.com/2010/01/26/…
Jeffε

1
@JeffE - Önceki yorumumu neden görmezden geldiğinizden emin değilim. Orada ise bir (bağlı kapalı) üç manifoldun temel grubu önemsiz olup olmadığına karar bir exp zamanlı algoritması. "Bu algoritmanın karmaşıklığı konusunda sınır tanımadığını" söylemek yanlış. Neyi kaçırıyorum? Lütfen açıklamanızı isteyebilir miyim?
Sam Nead

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