Réductibilité SERF et algorithmes sous-exponentiels


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J'ai une question concernant la réductibilité SERF d'Impagliazzo , Paturi et Zane et les algorithmes sous-exponentiels. La définition de SERF-réductibilité donne ce qui suit:

Si P1 est SERF-réductible à P2 et qu'il existe un algorithme O(2εn) pour P2 pour chaque ε>0 , alors il existe un algorithme O(2εn) pour P1 pour chaque ε>0 . (Le paramètre de dureté pour les deux problèmes est désigné par n .)

Certaines sources semblent impliquer que ce qui suit vaut également:

Si P1 est SERF-réductible à P2 et qu'il existe un algorithme O(2o(n)) pour A2 , alors il existe un algorithme O(2o(n)) pour P1 .

Ma question est la suivante: cette dernière affirmation est-elle valable et, dans l'affirmative, y a-t-il une rédaction de la preuve quelque part?

En arrière-plan, j'ai essayé de comprendre la zone autour de l'hypothèse de temps exponentielle. IPZ définit les problèmes sous-exponentiels comme ceux qui ont un algorithme pour chaque ε > 0 , mais cela n'est apparemment pas suffisant à la lumière des connaissances actuelles pour impliquer l'existence d'un algorithme sous-exponentiel pour le problème. La même lacune semble être présente dans la réductibilité SERF, mais je m'attends en partie à ce que je manque quelque chose ici ...O(2εn)ε>0

Réponses:


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EDIT: Comme l' a souligné Ryan dans les commentaires, un problème peut avoir un algorithme non uniforme avec le temps en cours d' exécution pour toute constante ε > 0 (l'algorithme a accès à ε ) mais pas uniforme 2 o ( n ) temps algorithme.O(2ϵn)ϵ>0ϵ2o(n)

En tant que réduction de SERF est une famille de réductions de Turing, un pour chaque , je conclus qu'ils ne peuvent être utilisés pour obtenir O ( 2 ε n ) algorithmes de temps de O ( 2 ε n ) ou 2 o ( n ) temps algorithmes.ϵ>0O(2ϵn)O(2ϵn)2o(n)


Le théorème suivant est prouvé par Chen et al. [2009] .

Théorème 2.4 . Soit une fonction non décroissante et non bornée, et soit Q un problème paramétré. Les énoncés suivants sont alors équivalents: (1) Q peut être résolu dans le temps O ( 2 δ f ( k ) p ( n ) ) pour toute constante δ > 0 , où p est un polynôme; (2) Q peut être résolu dans le temps 2 o ( f ( k ) ) qf(k)Q
QO(2δf(k)p(n))δ>0p
Q , où q est un polynôme.2o(f(k))q(n)q

En prenant nous obtenons qu'un problème a un algorithme de temps O ( 2 ϵ n ) pour chaque ϵ > 0 si et seulement s'il a un algorithme de temps 2 o ( n ) .f(k)=nO(2ϵn)ϵ>02o(n)

Il est mentionné dans l'article de Chen et al. que cette équivalence avait été utilisée intuitivement auparavant mais qu'elle causait une certaine confusion chez les chercheurs.


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Juste une note: il y a d'autres conditions qui doivent être supposées pour que leur preuve fonctionne. D'une part, doit être efficacement calculable. Deuxièmement, il doit y avoir un seul algorithme uniforme A qui atteint 2 δ f ( k ) pour chaque δ (pensez à δ comme une autre entrée pour A ). Il est tout à fait possible que sans ces conditions, un problème puisse satisfaire (1) mais pas (2). fA2δf(k)δδA
— Ryan Williams

Droite. Sortant le théorème 2.4 de son contexte, ces deux conditions ont été perdues. Dans l'article, la note de bas de page 1 donne la condition sur et la deuxième condition est donnée dans la f
— remarque

Cela répond à peu près à toutes mes questions à ce sujet! Merci beaucoup. Comme remarque intéressante, bien qu'il semble que les réductions SERF ne préservent pas l'existence d'algorithmes sous-exponentiels, il semblerait que le lemme de sparsification d'IPZ soit en fait suffisamment fort pour nous donner un algorithme pour k-SAT si il existe un algorithme 2 o ( m ) . 2o(n)2o(m)
— Janne H. Korhonen

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Une dernière note au cas où quelqu'un trébucherait plus tard: apparemment, certaines sources utilisent une définition "non uniforme" du temps sous-exponentiel (pour tout il y a un algorithme O ( 2 ε n ) ) et d'autres utilisent une définition "uniforme" (il y a 2 o ( n ) algorithme.) En particulier, IPZ utilise le premier. Pour ce dernier, il faut modifier la définition de la réduction SERF pour que le paramètre ε soit donné à la réduction en entrée; comparer avec le théorème ci-dessus de Chen et al. Pour plus de détails, voir par exemple le chapitre 16 de Théorie de la complexité paramétrée (2006) de Flum et Grohe. ε>0O(2εn)2o(n)ε
— Janne H. Korhonen

Il semble aussi que Flum et Grohe donnent une preuve du théorème dans la réponse de leur livre; voir Lemme 16.1.
— Janne H. Korhonen
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