Co wiadomo na temat złożoności obliczeniowej liczb całkowitych faktoringu w ogólnych polach liczbowych? Dokładniej:
- Nad liczbami całkowitymi reprezentujemy liczby całkowite poprzez ich binarne rozszerzenia. Jakie są analogiczne reprezentacje liczb całkowitych w ogólnych polach liczbowych?
- Czy wiadomo, że pierwszeństwo nad polami liczbowymi ma postać P lub BPP?
- Jakie są najbardziej znane algorytmy faktorowania w polach liczbowych? (Wykonaj i (pozornie) algorytmy rozciągają się od?) Tutaj, faktoring odnosi się do znalezienia pewną reprezentację liczby (reprezentowany przezbitów) jako produkt liczb pierwszych.
- Jaka jest złożoność znalezienia wszystkich faktoryzacji liczby całkowitej w polu liczbowym? Policzenia, ile ma różnych faktoryzacji?
- Ponad wiadomo, że przy podejmowaniu decyzji, czy dana liczba ma czynnik w przedziale jest trudne dla NP. Czy poza pierścieniem liczb całkowitych w polach liczbowych może się zdarzyć, że ustalenie, czy istnieje czynnik główny, którego norma jest w określonym przedziale, jest już trudne NP?
- Czy faktoring w polach liczbowych w BQP?
Uwagi, motywacje i aktualizacje.
Oczywiście kluczowy jest tutaj fakt, że faktoryzacja nie jest unikalna dla pól liczbowych. Pytanie (szczególnie część 5) było motywowane tym postem na blogu nad GLL (patrz ta uwaga ), a także wcześniejszym pytaniem TCSexchange. Przedstawiłem to również na moim blogu, na którym Lior Silverman przedstawił dokładną odpowiedź .
Odpowiedzi:
Poniższa odpowiedź została pierwotnie opublikowana jako komentarz na blogu Gila
(1) Niech będzie polem liczbowym, w którym zakładamy, że α ma monomiczny minimalny wielomian f ∈ Z [ x ] . Następnie można reprezentować elementy pierścienia liczb całkowitych O K jako wielomianów w α lub w kategoriach integralnej podstawy - oba są równoważne.K=Q(α) α f∈Z[x] OK α
Teraz mocowania jak w (1) jest wielomianem zmniejszenie czasu problem polegający na K problemu w Q . Aby sprawdzić, czy obliczenia (np. Przecięcie ideału z Z lub faktoring modu wielomianowego p ) można wykonać w czasie wielomianowym, zobacz książkę Cohena, o której mowa w poprzedniej odpowiedzi.K K Q Z p
Jako wstępne obliczenie dla każdej racjonalnej liczby pierwszej dzielącej dyskryminator α (czyli dyskryminatora f ) znajdź wszystkie liczby pierwsze O K leżące powyżej p .p α f OK p
(2) W przypadku testowania pierwotności, dla idealnej niech p ∈ Z będzie takie, że a ∩ Z = p Z (można to obliczyć w czasie wielomianowym, a liczba bitów p jest wielomianowa na wejściu). Sprawdź w czasie wielomianowym, czy p jest liczbą pierwszą. Jeśli nie, to a nie jest liczbą pierwszą. Jeśli tak, to znajdź liczby pierwsze O K leżące powyżej p albo na podstawie wstępnego obliczenia, albo przez uwzględnienie f mod p . W każdym razie, jeśli a jest liczbą pierwszą, musi być jedną z tych liczb pierwszych.a◃OK p∈Z a∩Z=pZ p p a OK p f p a
(3a), (6a) Dla faktoryzacji w liczbach pierwszych, dla idealnego znajdź jego normę y = N K Q ( a ) = [ O K : a ] . Znów można to znaleźć w czasie wielomianowym, a zatem nie jest zbyt duże. Współczynnik y w Z (klasycznie lub przy użyciu algorytmu Shora, w zależności od żądanej redukcji). Daje to listę racjonalnych liczb pierwszych dzielących y , a zatem, podobnie jak w 2, możemy znaleźć listę liczb pierwszych O K dzielących y . Od | ya◃OK y=NKQ(a)=[OK:a] y Z y OK y daje to listę liczb pierwszych dzielących a . Wreszcie łatwo jest wyznaczyć wykładnik, do którego liczba pierwsza dzieli dany ideał.a|yOK a
(3b), (6b) Ale Gil chce faktoryzacji w nieredukowalne, a nie w liczbach pierwszych. Okazuje się, że ze względu na czynniki pierwsze można budować efektywnie jeden faktoryzacji X w nieredukowalnych elementów O K . W tym celu niech h K będzie numerem klasy i zwróć uwagę, że można skutecznie obliczyć idealną klasę danego ideału. Teraz, aby znaleźć nieredukowalny dzielnik x, wybierz h podstawowe ideały K (ewentualnie z powtórzeniem) z faktoryzacji xxOK x OK hK x hK x . Zgodnie z zasadą szufladki pewien podzbiór tych mnoży się do tożsamości w grupie klasowej; znajdź minimalny taki podzbiór. Jego produkt jest wówczas głównym ideałem generowanym przez element nieredukowalny. Podziel przez ten element, usuń odpowiednie ideały z faktoryzacji i powtórz. Jeśli rozkład na czynniki ma mniej niż h K elementów, wystarczy wziąć minimalny podzbiór wszystkich czynników.x hK
(4) Myślę, że można policzyć faktoryzacje na nieredukowalne, ale jest to trochę dodatkowa kombinatoryka - proszę dać mi czas na wypracowanie tego. Z drugiej strony ustalenie ich wszystkich nie jest interesujące w kontekście algorytmów faktoryzacji sub wykładniczej, ponieważ generalnie istnieje wiele wykładniczo takich faktoryzacji.
(5) Nie mam pojęcia.
źródło
Jak wspomniał Daniel, niektóre informacje można znaleźć w książce A Course in Computational Algebraic Number Theory ( link ).
W szczególności istnieje kilka sposobów przedstawiania elementów pól liczbowych. Niech być Pole numeru z φ stopnio n monic nieredukowalnego wielomianu Z [ ξ ] . Niech θ będzie dowolnym źródłem φ . Tak zwana standardowa reprezentacja elementu α ∈ K jest krotką ( a 0 , … , a n - 1 , d )K=Q[ξ]/⟨φ⟩ φ n Z[ξ] θ φ α∈K (a0,…,an−1,d) gdzie , d > 0 i gcd ( a 0 , … , a n - 1 , d ) = 1 , tak że α = 1ai∈Z d>0 gcd(a0,…,an−1,d)=1
źródło