Polinom zamanında hangi matematik program sınıfları tam olarak veya yaklaşık olarak çözülebilir?


31

Sürekli optimizasyon literatürü ve TCS literatürüyle hangi tür (sürekli) matematiksel programların (MP'ler) verimli bir şekilde çözülebildiği ve hangilerinin çözülemeyeceği konusunda kafam karıştı. Sürekli optimizasyon topluluğu tüm dışbükey programların verimli bir şekilde çözülebileceğini iddia ediyor gibi görünüyor, ancak "verimli" tanımlarının TCS tanımına uymadığını düşünüyorum.

Bu soru son birkaç yıldır beni çok rahatsız etti ve buna net bir cevap bulamıyorum. Umarım bunu bir kez ve herkes için çözmeme yardım edersiniz: Hangi milletvekillerinin sınıfları polinom zamanında tam olarak çözülebilir ve bu yolla; ve polinom zamanında tam olarak çözemediğimiz en uygun MP'lerin çözümüne yaklaşma hakkında ne bilinmektedir?

Aşağıda, bazı yerlerde de muhtemelen yanlış olan bu soruya eksik bir cevap veriyorum, bu yüzden yanlış yaptığım noktalarda beni doğrulayabilir ve düzeltebilirsin. Ayrıca cevaplayamadığım bazı soruları da ifade ediyor.

Hepimiz doğrusal programlamanın tam olarak polinom zamanında, elipsoid yöntemiyle veya bir iç nokta yöntemiyle ve ardından bazı yuvarlama prosedürleriyle çözülebileceğini biliyoruz. Doğrusal programlama, zaman zaman polinom içinde, herhangi bir süper büyük lineer kısıtlamaya sahip bir LP ailesi ile karşı karşıya kaldığı zaman, kendisi için bir "ayrılık oracle" sağlayabildiği sürece, değişkenler sayısında çözülebilir: bir nokta verilen bir algoritma ya bu noktanın uygulanabilir olup olmadığını belirler ya da noktayı uygulanabilir noktaların çokyüzlülüğünden ayıran bir hiper düzlem çıkarır. Benzer şekilde, eğer bu LP'lerin çiftleri için bir ayırma algoritması sağlarsa, herhangi bir süper büyük değişkene sahip bir LP ailesi ile karşı karşıya kalırken kısıtlama sayısındaki zaman polinomundaki doğrusal programlama.

Elipsoid yöntemi ayrıca, nesnel işlevdeki matrisin kesin (yarı?) Kesin olması durumunda, ikinci dereceden programları polinom zamanında çözebilir. Ayırma oracle hilesini kullanarak, bazı durumlarda inanılmaz sayıda kısıtlama ile uğraşıyorsak bunu da yapabiliriz diye düşünüyorum. Bu doğru mu?

Son zamanlarda yarı-kesin programlama (SDP), TCS topluluğunda bir çok popülerlik kazanmıştır. Biri iç nokta yöntemleri veya elipsoid yöntemi kullanılarak bunları keyfi kesinliğe kadar çözebilir. Bence, SDP'ler kareköklerin tam olarak hesaplanamaması sorunu nedeniyle tam olarak çözülemiyor. (?) SDP için bir FPTAS olduğunu söylersem doğru olur mu? Bunu hiçbir yerde belirtmedim, bu yüzden muhtemelen doğru değil. Ama neden?

LP'leri tam olarak ve SDP'leri keyfi bir kesinliğe kadar çözebiliriz. Diğer konik program sınıflarına ne dersiniz? İkinci dereceli koni programlarını elipsoid yöntemini kullanarak keyfi kesinliğe kadar çözebilir miyiz? Bilmiyorum.

Elipsoid yöntemini hangi MP sınıflarında kullanabiliriz? Böyle bir milletvekilinin hangi özelliklerin bir cevabın keyfi bir kesinliğe verilebileceğini sağlaması gerekiyor ve polinom zamanında kesin bir çözüm elde edebilmek için hangi ek özelliklere ihtiyacımız var? İç nokta yöntemleri için aynı sorular.

Son olarak, sürekli optimizerlerin dışbükey programların verimli bir şekilde çözülebileceğini söylemelerine neden olan şey nedir? Dışbükey bir programa isteğe bağlı hassas bir yanıtın polinom sürede bulunabileceği doğru mu? İnanıyorum ki, "verimli" tanımları hangi yönlerden bizden farklıdır?

Herhangi bir katkı takdir edilmektedir! Şimdiden teşekkürler.


6
Bu sorunun başlığı çok geniş; Gerçekten bilmek istediğin şey dışbükey programların polinom zamanında çözülüp çözülmeyeceğidir.
Peter Shor

Destekliyorum. Bart, belki bazı şeyleri belirli sorulara ayırabilirsin?
Suresh Venkat

Peter ve Suresh, bu önerileriniz için teşekkürler. Yazdıklarımdan itibaren, sadece dışbükey programların çoklu zaman içinde çözülüp çözülemeyeceği sorusu ile ilgilenmediğimi takip etmem gerekiyor. Temel olarak elipsoid ve iç nokta yöntemlerinin sınırları ile ilgileniyorum ve birinin tam olarak hangi MP sınıflarını verimli çalıştıklarını bildiğini umuyorum. Bunu soruyorum, çünkü şu andaki literatür bu konuda açık değil (benim için).
Bart

Şahsen, bu konuyla ilgili güzel bir genel bakışa sahip olmanın iyi olacağını düşünüyorum (bu yığın değiştirme sorusunun cevabı gibi). Ayrıca bana göre bu oldukça tutarlı bir soru gibi görünüyor. Bununla birlikte, yığın değişimi konusunda yeni olduğum için, buradaki kültür ve etiği bilmiyorum. Bu yüzden ısrar ederseniz, bu soruyu nasıl daha küçük sorulara nasıl ayıracağımızı bulmaya çalışacağım.
Bart

1
Bence bu sorunun kapsamı bir cevap almak için fazla geniş. Elipsoid ve iç nokta yöntemlerinin sınırları iyi bir soru olacaktır ve dışbükey programlar için neler yapılabilir iyi bir sorundur, ancak algoritma türünü veya program türünü belirtmezseniz temelde soruyorsunuzdur. Cevabınızdaki sürekli optimizasyonun tüm alanının bir özeti için bu kesinlikle imkansızdır. Küçük bir alan değil. Ancak, sorunuzu olduğu gibi bırakırsanız, başka bir iyi kısmi cevap alırsınız.
Peter Shor

Yanıtlar:


18

Bu kısma cevap verebilirim:

SDP için bir FPTAS olduğunu söylersem doğru olur mu? Bunu hiçbir yerde belirtmedim, bu yüzden muhtemelen doğru değil. Ama neden?

İfade doğrudur, ancak bunu daha sık görmüyoruz çünkü daha güçlü bir ifade bu zayıf ifadeden daha önemlidir ve önemlidir.

Bir FPTAS, bir problem verildiğinde ve 1 k doğruluk parametresinde (1 + 1 / k ) - yaklaşık bir çözüm veren bir polinom-zaman algoritmasıdır .

Fakat SDP için, elipsoid yöntemi ve iç nokta yöntemi, bir problem ve bir 1 k doğruluk parametresi verildiğinde , bir (1 + 2 - k ) - yaklaşık bir çözüm veren polinom-zaman algoritmaları sağlar . Yaklaşım faktörünün bir FPTAS için gerekenden çok daha iyi olduğuna dikkat edin.


Elipsoid metodu ve iç nokta metodu polinom zamanında çalışması için ek şartlara ihtiyaç duyduğundan bu biraz daha fazla özen gerektirir.
Yoshio Okamoto

Bunun için teşekkürler, Tsuyoshi! Yoshio, bununla ne demek istediğini açıklayabilir misin? Gerçekten belirli bir SDP'de şartlar olduğunu mu kastediyorsunuz, çünkü aksi halde SDP poli-time olarak buna yaklaşılamaz. Bu, bu benim için bir sürpriz ve bu koşulları bilmekle ilgileniyorum. Teşekkürler.
Bart

@Bart: Örneğin, Lovasz cs.elte.hu/~lovasz/semidef.ps tarafından verilen ders notlarına bakarsanız, dışbükey küçültme için elipsoid yönteminin çalışma süresiyle ilgili Theorem 3.7 (Sayfa 19) konuşmalarını bulabilirsiniz. . Orada bazı teknik varsayımlar uygulanmaktadır.
Yoshio Okamoto

4
rR,günlükR,/r

Bunun için çok teşekkürler. Bu sorumun çok büyük bir bölümünü yanıtlıyor. Bu bilgi teorik bilgisayar bilimcileri için çok faydalı bir araç olabilir gibi gözükse de, hala bana hiçbir yerde iyi bilinmediği ve neredeyse hiçbir yerde olmadığı söyleniyor. Tuhaf.
Bart,

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