Implicazioni sull'improvvisabilità di


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Stavo leggendo " Is P Versus NP Formally Independent? ", Ma sono rimasto perplesso.

E 'opinione diffusa nella teoria della complessità che . La mia domanda è se ciò non fosse dimostrabile (diciamo in Z F C ). (Supponiamo che scopriamo solo che PN P è indipendente da Z F C ma non ci sono ulteriori informazioni su come ciò sia dimostrato.)PNPZFCPNPZFC

Quali saranno le implicazioni di questa affermazione? Più specificamente,

durezza

Assumendo che cattura gli algoritmi efficienti ( Cobham-Edmonds tesi ) e PN P , ci dimostrano N P - h un r d n e s s risultati implicano che sono oltre l'attuale portata dei nostri algoritmi efficienti. Se si dimostra la separazione, N P - h una r d n e s s significa che non c'è nessun algoritmo polinomiale. Ma cosa significa N P - h a r d nPPNPNP-hardnessNP-hardness risultato media se la separazione non è dimostrabile? Cosa accadrà a questi risultati?NP-hardness

algoritmi efficienti

L'indisponibilità della separazione significa che dobbiamo cambiare la nostra definizione di algoritmi efficienti?


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La prima cosa che devi chiedere è: formalmente indipendente da cosa? Nella logica matematica, ci sono molti insiemi di assiomi che la gente ha preso in considerazione. Quello predefinito è ZFC, o teoria dell'insieme Zermelo-Fraenkel con l'Assioma della Scelta. Ciò che significa essere indipendenti da ZFC è che né questi P = NP né P! = NP possono essere dimostrati da questi assiomi.
Peter Shor,

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Se vuoi sapere che aspetto ha una dimostrazione del modulo "indipendentemente dal fatto che X sia indipendente dal sistema assiomatico Y", perché non leggi solo alcuni esempi? L'indipendenza dell'Assioma della scelta dalla teoria degli insiemi Zermelo-Fraenkel è un esempio famoso. Ho votato per chiudere come non una vera domanda per errore, ma intendevo votare per chiudere come fuori tema.
Tsuyoshi Ito,

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Hai letto l'ottimo e gratuito articolo di Scott Aaronson; "P è versus NP formalmente indipendente?" ( scottaaronson.com/papers/pnp.pdf )
Marzio De Biasi

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La domanda "se X è dimostrato indipendente da ZFC e abbiamo alcuni teoremi della forma X Y, cosa succede a questi teoremi?" sembra ben fatto ed è la domanda che ritengo che il PO stia ponendo. La risposta sembrerebbe essere: in alcuni sistemi assiomi, come ZFC + X, abbiamo quindi Y trattenuta, mentre in ZFC + ¬ X non abbiamo informazioni su Y. In quanto tali, questi teoremi condizionali avrebbero comunque un certo valore. In effetti, avrebbero più valore in questa situazione che se ¬ X si dimostrasse un teorema. ¬¬
András Salamon,

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L'improvvisazione ZFC di P vs NP avrebbe probabilmente molte più implicazioni per la teoria degli insiemi che per la teoria della complessità.
David Harris,

Risposte:


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La tua domanda potrebbe essere meglio formulata, "In che modo la teoria della complessità sarebbe influenzata dalla scoperta di una prova che P = NP è formalmente indipendente da un forte sistema assiomatico?"

È un po 'difficile rispondere a questa domanda in astratto, cioè in assenza di vedere i dettagli della dimostrazione. Come cita Aaronson nel suo articolo, dimostrare l'indipendenza di P = NP richiederebbe idee radicalmente nuove, non solo sulla teoria della complessità, ma su come dimostrare le dichiarazioni di indipendenza. Come possiamo prevedere le conseguenze di una svolta radicale di cui non possiamo nemmeno immaginare la forma?

Tuttavia, ci sono un paio di osservazioni che possiamo fare. Sulla scia della prova dell'indipendenza dell'ipotesi del continuum dallo ZFC (e più tardi dallo ZFC + cardinali di grandi dimensioni), un numero considerevole di persone è giunto al punto di vista che l'ipotesi del continuum non è né vera né falsa . Potremmo chiedere se le persone giungeranno allo stesso modo alla conclusione che P = NP non è "né vero né falso" sulla scia di una prova di indipendenza (per ragioni di argomento, supponiamo che P = NP sia dimostrato indipendente dallo ZFC + qualsiasi assioma cardinale). La mia ipotesi non lo è. Aaronson dice sostanzialmente che non lo farebbe. Il secondo teorema di incompletezza di Goedel non ha portato nessuno di quelli che conosco a sostenere che "ZFC è coerente" non è né vero né falso.e molte persone hanno forti intuizioni che affermazioni aritmetiche - o almeno affermazioni aritmetiche semplici come "P = NP" - devono essere vere o false. Una prova di indipendenza verrebbe semplicemente interpretata nel senso che non abbiamo modo di determinare quale di P = NP e P NP sia il caso.

Ci si può anche chiedere se le persone interpreterebbero questo stato di cose dicendoci che c'è qualcosa di "sbagliato" nelle nostre definizioni di P e NP. Forse dovremmo quindi rifare le basi della teoria della complessità con nuove definizioni che sono più tracciabili con cui lavorare? A questo punto penso che siamo nel regno di speculazioni selvagge e infruttuose, in cui stiamo cercando di attraversare ponti che non siamo riusciti a fare e cercando di riparare cose che non sono ancora state rotte. Inoltre, non è nemmeno chiaro che qualcosa lo farebbeessere "rotto" in questo scenario. I teorici del set sono perfettamente felici supponendo che qualsiasi grande assioma cardinale ritenga conveniente. Allo stesso modo, i teorici della complessità potrebbero anche, in questo ipotetico mondo futuro, essere perfettamente felici assumendo qualsiasi assioma di separazione che ritengono vero, anche se dimostrabilmente non dimostrabile.

In breve, nulla segue logicamente da una prova di indipendenza di P = NP. Il volto della teoria della complessità potrebbe cambiare radicalmente alla luce di una svolta così fantastica, ma dovremo solo aspettare e vedere come appare la svolta.


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@vzn: I tuoi esempi non sono solo "discutibilmente" aritmetici; sono senza dubbio aritmetici. Ma non sono sicuro di quale sia il tuo punto. Prendi un'equazione diottantina con la proprietà che " E non ha soluzioni" è indecidibile in ZFC. Il mio punto è che tutti quelli che conosco ritiene che sia E ha soluzioni o non lo fa, e che abbiamo appena non può dimostrare in un modo o l'altro. Credi che non vi sia alcun dubbio sul fatto che E abbia soluzioni - che E non abbia né abbia soluzioni? EEEEE
Timothy Chow,

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@vzn: penso che ti manchi completamente il punto. La domanda non è se una determinata affermazione sia indecidibile , ma se non è né vera né falsa . I due concetti sono completamente distinti. Diresti, ad esempio, che ZFC non è né coerente né incoerente? Tutti (gli altri) che conosco credono che lo ZFC sia coerente o no, anche se potremmo non avere modo di determinare quale sia il caso.
Timothy Chow,

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"questo suona come una religione per me e non per la matematica" - Benvenuti nella metamatematica. Forse un modo meno discutibile di dire "X non è né vero né falso" è che non abbiamo una ragione a priori per preferire un sistema assiomatico in cui X è vero rispetto a un sistema assiomatico in cui X è falso. Abbiamo un modello standard (quasi) universalmente concordato di aritmetica; come convenzione sociale, accettiamo affermazioni aritmetiche che sostengono in quel modello come realmente, realmente vere. Lo stesso non si può dire per la teoria degli insiemi.
Jeffε,

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Vedi anche consc.net/notes/continuum.html e mathoverflow.net/questions/14338/… - Il personale mix di formalismo, platonismo e intuizionismo di ogni matematico è essenzialmente una convinzione religiosa.
Jeffε

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@vzn: ti manca ancora il punto. Anche se ti garantiamo le tue convinzioni religiose personali, tutto ciò che stai dicendo è che non ti uniresti ad Aaronson e al resto del mondo nel dichiarare frasi aritmetiche vere o false. Siamo tutti d'accordo sul fatto che non c'è modo di dire dalla forma di una dichiarazione se è indecidibile , ma non è questo il reclamo. L'affermazione è che quasi tutti, tranne voi non ha intuizioni forti che le dichiarazioni aritmetici sono vere o false . Solo perché non condividi questa convinzione non significa che gli altri non ce l'hanno.
Timothy Chow,

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Questa è una domanda valida, anche se forse un po 'sfortunatamente formulata. La migliore risposta che posso dare è questo riferimento:

Scott Aaronson: P contro NP formalmente indipendente . Bollettino della European Association for Theoretical Computer Science, 2003, vol. 81, pagine 109-136.

Abstract: Questo è un sondaggio sulla domanda del titolo, scritto per persone che (come l'autore) vedono la logica come proibitiva, esoterica e lontana dalle loro solite preoccupazioni. A partire da un corso intensivo sulla teoria degli insiemi di Zermelo Fraenkel, si discute dell'indipendenza dell'oracolo; prove naturali; risultati dell'indipendenza di Razborov, Raz, DeMillo-Lipton, Sazanov e altri; e ostacoli alla dimostrazione di P vs. NP indipendentemente da forti teorie logiche. Si conclude con alcune riflessioni filosofiche su quando ci si dovrebbe aspettare che una domanda matematica abbia una risposta definitiva.


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Uh, mi mancava totalmente il fatto che il documento di Aaronson fosse già menzionato nei commenti. Mie scuse.
Andrej Bauer,

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[ZFC][1]. Significa semplicemente che la teoria non può provare né l'affermazione né la sua negazione. Ciò non significa che l'affermazione non abbia un valore di verità, non significa che non possiamo conoscere il valore di verità dell'affermazione, potremmo essere in grado di aggiungere nuovi assiomi ragionevoli che renderanno la teoria abbastanza forte da essere in grado per dimostrare le dichiarazioni o la sua negazione. Alla fine, la provabilità in una teoria è un concetto astratto formale. È legato alla nostra esperienza nel mondo reale solo come modello.

P

Σ1Π1(aka co-re) proprietà di osservazioni. Qualsiasi affermazione più complessa di questa non è direttamente osservabile, ovvero nessuna osservazione (finita) ti consentirà di affermare o confutare l'affermazione. Tuttavia, possiamo osservare le conseguenze logiche osservabili di queste affermazioni e provare a usarle per decidere se un'affermazione è vera o falsa. (Per ulteriori informazioni sulle proprietà finitamente osservabili, vedere la tesi di dottorato di Samson Abramsky " Teoria del dominio e la logica delle proprietà osservabili ", 1987 e " Topologia via logica " di Steven Vickers , 1996.)

Per la maggior parte dei matematici, anche le affermazioni di complessità logica superiore sono significative e hanno un valore di verità, ma questo va ai problemi filosofici in matematica. Quasi tutti i matematici credono che le affermazioni nella gerarchia aritmetica siano significative e abbiano valori di verità definiti, e in un certo senso considerano il valore di verità di queste affermazioni più definito delle affermazioni di complessità logica superiore (come CH ). La dichiarazionePNP può essere dichiarato come a Σ2e quindi è un'affermazione aritmetica. In quanto tale, quasi tutti i matematici credono che sia significativo e abbia un valore di verità definito. Potresti dare un'occhiata a questa domanda MO e cercare i post nella mailing list di FOM .



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Solo alcuni pensieri sconclusionati su questo. Sentiti libero di criticare.

Sia Q = [impossibile provare (P = NP) e non può provare (P / = NP)]. Supponiamo Q per una contraddizione. Presumo anche che tutte le scoperte conosciute su P vs NP siano ancora praticabili. In particolare, tutti i problemi NP sono equivalenti nel senso che se riesci a risolverne uno in tempo polinomiale, puoi risolvere tutti gli altri in tempo polinomiale. Quindi, sia W un problema NP completo; W rappresenta ugualmente tutti i problemi in NP. A causa di Q, non si può ottenere un algotitmo A per risolvere W in tempo polinomiale. Altrimenti abbiamo la prova che P = NP, che contraddice Q (1) (*). Si noti che tutti gli algoritmi sono calcolabili per definizione. Quindi dire che A non può esistere implica che non c'è modo di calcolare W in tempo polinomiale. Ma questo contraddice Q (2). Ci resta con il rifiuto di (1) xo il rifiuto (2). Entrambi i casi portano a una condradizione. Quindi Q è una contraddizione,

(*) Potresti dire "Aha! A potrebbe esistere, ma non riusciamo a trovarlo". Bene, se esistesse A, possiamo enumerare tutti i programmi per trovare A enumerando da programmi più piccoli a programmi più grandi, iniziando con il programma vuoto. A deve essere finito perché è un algoritmo, quindi se esiste A, il programma di enumerazione per trovarlo deve terminare.


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@Victor: buon punto. Immagino che se esiste A, allora si può semplicemente analizzare ogni programma elencato per vedere se risolve davvero un problema NP completo in tempo polinomiale. Credo che dal momento che si sta lavorando con un set di istruzioni finito (fornito da un computer universale) che A possa essere identificato. Ma non sono un esperto.
Thomas Eding,

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Il problema è che se Q è vero, cadiamo nel caso in cui nessuno, per quanto intelligente sia, potrebbe dimostrare che un particolare algoritmo X generato dall'enumeratore risolve P = NP, anche se lo fosse. Vale a dire in questo caso, un algoritmo per determinare se P = NP esiste e può essere trovato, ma è impossibile dimostrarne la correttezza analitica. Inoltre un'affermazione come "l'algoritmo X risolve il problema P = NP?" sembra molto indecidibile.
Victor Stafusa,

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Inoltre ... Se esiste A, allora sia N la dimensione di A. Sia T l'insieme di tutti i programmi di dimensione <= N. Uno può contemporaneamente eseguire W su tutti gli A 'in T. Al termine di ogni A', eseguire l'uscita O attraverso un programma che controlla se O risolve W. (Notare che qualsiasi cosiddetta "soluzione" a un problema NP completo può essere verificata in tempo polinomiale.) Se O è una risposta corretta, spegnere tutti gli altri computer e restituisci O. Tieni presente che non tutte le A 'devono terminare perché A è una di queste e genererà una O corretta in tempo polinomiale. Pertanto non è nemmeno necessario dimostrare che A risolva P = NP. N esiste per definizione.
Thomas Eding,

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Nella sezione (*): "A deve essere finito perché è un algoritmo, quindi se A esiste, il programma di enumerazione per trovarlo deve terminare.". Ciò significa che l'enumeratore dovrebbe in qualche modo essere in grado di determinare se il programma che ha appena generato risolve un problema NP-completo in tempo polinomiale, che è sicuramente indecidibile (anche di più dal momento che stiamo assumendo Q qui), e quindi l'enumeratore non si fermerà mai .
Victor Stafusa,

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"P = NP è indipendente dallo ZFC" non è lo stesso di "non possiamo trovare un algoritmo per risolvere alcun problema in NP nel tempo polinomiale deterministico", come ha sottolineato Victor. Le definizioni precise di queste classi sono piuttosto importanti quando si tratta di nozioni come l'indipendenza rispetto a una teoria.
András Salamon,
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