De combien de négations avons-nous besoin pour calculer les fonctions monotones?


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Razborov a prouvé que la correspondance de fonction monotone n'est pas en mP . Mais peut-on calculer l'appariement en utilisant un circuit de taille polynomiale avec quelques négations? Existe-t-il un circuit P / poly avec des négations qui calcule la correspondance? Quel est le compromis entre le nombre de négations et la taille pour l'appariement?O(nϵ)

Réponses:


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Markov a prouvé que toute fonction de n entrées peut être calculée avec seulement ⌈Journal⁡(n+1)⌉ négations. Fisher a décrit une version constructive efficace. Voir aussi une exposition du résultat du blog GLL .

Plus précisément:

Théorème: Supposons que est calculé par un circuit C avec g portes, puis il est également calculé par un circuit C ∗ avec 2 g + O ( n 2 log 2 n ) portes et ⌈ log ( n + 1 ) ⌉ négations.F:{0,1}n→{0,1}mCgC∗2g+O(n2Journal2⁡n)⌈Journal⁡(n+1)⌉

L'idée principale est d'ajouter pour chaque fil en C un fil parallèle w ′ en C ∗ qui porte toujours le complément de w . Le cas de base est pour les fils d'entrée: Fisher décrit comment construire un circuit d'inversion I ( x ) = ¯ x avec O ( n 2 log 2 n ) portes et seulement ⌈ log ( n + 1 ) ⌉ négations. Pour les portes ET du circuit C , on peut augmenter unwCw′C∗wje(X)=X¯O(n2log2⁡n)⌈log⁡(n+1)⌉C avec a ′ = b ′ ∨ c ′ , et de même pour les portes OU. Les portes NOT en C ne coûtent rien, nous échangeons simplement les rôles de w et w ′ en aval de la porte NOT. De cette façon, l'ensemble du circuit en plus du sous-circuit de l'onduleur est monotone.a=b∧ca′=b′∨c′Cww′

AA Markov. Sur la complexité d'inversion d'un système de fonctions. J. ACM , 5 (4): 331–334, 1958.

MJ Fischer. La complexité des réseaux limités par la négation - Un bref aperçu. Dans la théorie des automates et les langages formels , 71–82, 1975


Est-ce un circuit P / poly?
— Anonyme

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Oui, la taille du circuit passe de à 2 g + O ( n 2 log 2 n ) où n est le nombre d'entrées. J'ai élargi la réponse pour inclure un énoncé plus précis du résultat et le rendre plus autonome. g2g+O(n2log2⁡n)n
— mikero

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Et certaines fonctions monotones explicites (multi-sorties) en P / poly nécessitent au moins négations pour rester en P / poly. log⁡n−O(log⁡log⁡n)
— Stasys

2
Pour cette ligne de questions (puissance des négations dans les circuits / formules / etc.), les éléments suivants peuvent être pertinents: eccc.hpi-web.de/report/2014/144 , eprint.iacr.org/2014/902 et eccc. hpi-web.de/report/2015/026 .
— Clement C.

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est suffisant pardimacs.rutgers.edu/TechnicalReports/abstracts/1995/95-31.html. 2g+O(nlog⁡n)
— Emil Jeřábek soutient Monica le

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Comment calculer l'inversion de bits en utilisant n négations2n−1n

Soit les bits triés dans l'ordre décroissant, c'est-à-dire que i < j implique x i ≥ x j . Ceci peut être réalisé par un réseau de tri monotone comme le réseau de tri Ajtai – Komlós – Szemerédi.x0,…,x2n−1i<jxi≥xj

Nous définissons le circuit d'inversion pour bits I n ( → x ) inductivement: Pour le cas de base, nous avons n = 1 et I 1 0 ( → x ) : = ¬ x 0 . Soit m = 2 n - 1 . On réduit I n (pour 2 m + 1 ) bits à une porte I n - 1 (pour m2n−1In(x→)n=1I01(x→):=¬x0m=2n−1In2m+1In−1mbits) et une porte de négation utilisant les portes et ∨ . Nous utilisons la négation pour calculer ¬ x m . Pour i < m soit y i : = ( x i ∧ ¬ x m ) ∨ x m + i . Nous utilisons I n - 1 pour inverser → y . Maintenant, nous pouvons définir I n comme suit:∧∨¬xmi<myi:=(xi∧¬xm)∨xm+iIn−1y→In

Iin:={Iin−1(y→)∧¬xmi<m¬xmi=mIin−1(y→)∨¬xmi<m

x→xnx→

De Michael J. Fischer, La complexité des réseaux à négation limitée - une brève enquête, 1975.

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