Problemi approssimativi # P-hard


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Considera il classico problema # 3 P-completo # 3SAT, vale a dire, contare il numero di valutazioni per rendere soddisfacente un 3CNF con variabili. Sono interessato all'approssimabilità additiva . Chiaramente, esiste un algoritmo banale per ottenere 2 n - 1 -error, ma se k < 2 n - 1 , è possibile avere un algoritmo di approssimazione efficiente, o questo problema è anche # P-difficile?n2n−1k<2n−1


Se , esiste un algoritmo poly-time con errore additivo k . Se k = 2 n / p o l y ( n ) , ci sarebbe un algoritmo a tempo multiplo randomizzato con errore additivo k . Quando k è significativamente più piccolo (ma non polinomialmente piccolo), mi aspetterei che sia NP-duro, ma non # P-duro, poiché la durezza #P di solito dipende dal fatto che sia un calcolo esatto. k=2n−1−poly(n)kk=2n/poly(n)kk
— Thomas

Potresti fornire un riferimento per i primi due reclami? Scusa, sono un principiante ...
— user0928,

Risposte:


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Siamo interessati ad approssimazioni additive a # 3SAT. cioè dato un 3CNF su n variabili contano il numero di assegnazioni soddisfacenti (chiamare questo a ) fino all'errore additivo k .ϕnak

Ecco alcuni risultati di base per questo:

Caso 1: k=2n−1−poly(n)

Qui c'è un algoritmo deterministico poli-tempo: Let . Ora valutare φ su m ingressi arbitrarie (ad esempio, i primi lexicographically m ingressi). Supponiamo che ℓ di questi input soddisfi ϕ . Quindi conosciamo un ≥ ℓ in quanto vi sono almeno ℓ incarichi soddisfacenti e un ≤ 2 n - ( m - ℓ )m=2n−2k=poly(n)ϕmmℓϕa≥ℓℓa≤2n−(m−ℓ)poiché ci sono almeno incarichi insoddisfacenti. La lunghezza di questo intervallo è 2 n - ( m - ℓ ) - ℓ = 2 k . Quindi, se produciamo il punto medio 2 n - 1 - m / 2 + ℓ questo è entro k della risposta corretta, come richiesto.m−ℓ2n−(m−ℓ)−ℓ=2k2n−1−m/2+ℓk

Caso 2: k=2n/poly(n)

Qui abbiamo un algoritmo randomizzato poly-time: Valuta at m punti casuali X 1 , ⋯ , X m ∈ { 0 , 1 } n . Lascia α = 1ϕmX1,⋯,Xm∈{0,1}neε=k/2n. Emettiamo2n⋅α. Per avere questo errore al massimokabbiamo bisogno dik≥| 2nα-a| =2n| α-a/2n| ,che equivale a| α-a/2nα=1m∑i=1mϕ(Xi)ε=k/2n2n⋅αk

k≥|2nα−a|=2n|α−a/2n|,
Di unlimite di Chernoff, P [ | α - a / 2 n | > ε ] ≤ 2 - Ω ( m ε 2 ) , come E [ ϕ ( X i ) ] = E [ α ] = a / 2 n . Ciò implica che, se scegliamo m = O ( 1 / ε|α−a/2n|≤ε.
P[|α−a/2n|>ε]≤2−Ω(mε2),
E[ϕ(Xi)]=E[α]=a/2n (e assicurati che m sia una potenza di 2 ), quindi con probabilità almeno 0,99 , l'errore è al massimo k .m=O(1/ε2)=poly(n)m20.99k

Caso 3: per c < 1k=2cn+o(n)c<1

ψmn≥mk<2n−m−1n=O(m/(1−c))ϕ=ψϕnmψbϕb⋅2n−mn−ma^|a^−a|≤ka^ϕk

|b−a^/2n−m|=|a−a^2n−m|≤k2n−m<1/2.
bba^ba^

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