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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