Najmniejszy obwód boolowski do generowania języka

10

Rozważ niepusty język ciągów binarnych o długości . Mogę opisać za pomocą obwodu logicznego z wejściami i jednym wyjściem takim, że jest prawdą, iff : jest to dobrze znane.n L C n C ( w ) w L.LnLCnC(w)wL

Jednakże, chce reprezentować z logicznego obwodu z wyjść i pewną liczbę wejść, powiedzmy , tak, że zbiór wartości wyjściowych dla każdego z możliwe wejścia jest dokładnie .C nLCn C 2 m L.mC2mL

Biorąc pod uwagę , jak mogę znaleźć taki obwód o minimalnej wielkości i jaka jest złożoność? Czy istnieje związek między znanymi granicami dotyczącymi wielkości obwodów pierwszego rodzaju ( ) i obwodów drugiego rodzaju ( ), lub złożoność ich znalezienia?C C C LCCC

(Zauważmy, że istnieje jakiś rodzaj dualizmu w następującym sensie: podany , mogę łatwo zdecydować, czy słowo wejścia jest w oceniając obwód, ale jest NP-trudne w ogóle znaleźć jakieś słowo znajdując przypisanie takie, że dane wyjściowe są prawdziwe. Biorąc pod uwagę , NP również trudno jest zdecydować, czy jakieś słowo wejściowe jest w ponieważ muszę sprawdzić, czy przypisanie daje jako wyjście, ale łatwo jest znaleźć jakieś słowo w , oceniając obwód na dowolnym dowolnym wejściu).w L L C w L w LCwLLCwLwL

a3nm
źródło
2
Ten artykuł nie odpowiada na twoje pytanie, ale bada rodzaje obwodów, których szukasz eccc.hpi-web.de/report/2012/079
Marcos Villagra
z poniższych komentarzy wydaje się, że bardziej chcesz rozważyć rodzinę obwodów, w których nie jest skończone. zgadnij, że twoja funkcja musi być również surwizyjna i ogólnie nie może być L
biotywna
1
Jak podaje się ? Przez obwód ? C.LC
usul

Odpowiedzi:

11

Wskażę proste połączenie z niedeterministycznymi obwodami i krótko skomentuję twardość kryptograficzną.

W przypadku zdefiniuj złożoność obrazu, oznaczoną , jako minimalną liczbę bramek w dowolnym (fanin-dwa, AND / OR / NOT) obwodzie boolowskim , którego obraz jest . Pytanie dotyczy złożoności obliczeń , biorąc pod uwagę tabelę prawdy reprezentującą (ciąg długości ). i m c ( S ) C : { 0 , 1 } m{ 0 , 1 } n S i m c ( S ) S 2 nS{0,1}nimc(S)C:{0,1}m{0,1}nSimc(S)S2n

Ponadto określenie niedeterministycznych obwodu złożoność z , który we''ll oznaczają , w zależności od obwodu najmniejszego niedeterministycznych przyjmowania dokładnie . Oznacza to, że wymagamy od aby iff . Jest to standardowe pojęcie używane do zdefiniowania niejednorodnej klasy : jest to klasa wszystkich zbiorów , z , takie jak .n c c ( S ) C ( x , y ) : { 0 , 1 } n + m { 0 , 1 } S C x S y : C ( x , y ) = 1 N P / p o l y S = { S n } n > 0Sncc(S)C(x,y):{0,1}n+m{0,1}SCxSy:C(x,y)=1NP/polyS={Sn}n>0 n c c ( S n ) p o l y ( n )Sn{0,1}nncc(Sn)poly(n)

Chciałem zwrócić uwagę, że . Oba kierunki tej nierówności są łatwe do zweryfikowania. imc(S)=ncc(S)±O(n)

Niech oznacza deterministyczną złożoność obwodu. Korzystając z Razborova-Rudicha, artykuł, o którym wspomina Dai Le (z grubsza mówiąc tutaj), że przy pewnych założeniach kryptograficznych trudno jest pod względem obliczeniowym odróżnić tabele prawdy z małe od tabel prawdy naprawdę losowych ( z wartością prawie maksymalną). Losowe ma również prawie maksymalne, a my oczywiście mamy . Twój problem jest więc trudny przy tych samych założeniach.dcc(S)d c c ( S ) S d c c ( S ) S n c c ( S ) n c c ( f ) d c c ( f )Sdcc(S)Sdcc(S)Sncc(S)ncc(f)dcc(f)

Które jest trudniejsze do obliczenia, biorąc pod uwagę tabelę prawdy dla , lub ? Czy istnieje jakakolwiek obniżka? Nie wiemd c c ( S ) n c c ( S )Sdcc(S)ncc(S)

Andy Drucker
źródło
5

Powinieneś rzucić okiem na ten artykuł Kabanetsa i Cai. Zacytuję streszczenie artykułu:

Badamy złożoność problemu minimalizacji obwodu: biorąc pod uwagę tabelę prawdy funkcji boolowskiej i parametru , decydujemy, czy może być zrealizowane przez obwód boolowski wielkości co najwyżej . Argumentujemy, dlaczego ten problem prawdopodobnie nie występuje w (a nawet w ), podając szereg zaskakujących konsekwencji takiego założenia. Twierdzimy również, że udowodnienie, że ten problem jest -kompletny (jeśli to rzeczywiście prawda), oznaczałoby udowodnienie silnych dolnych granic obwodu dla klasy , co wydaje się wykraczać poza obecnie znane techniki.s f s P P / p o l y N P EfsfsPP/polyNPE

Chociaż wspomniany obwód oblicza funkcję F : { 0 , 1 } mL , możemy go traktować jako ciąg obwodów C 1 , C 2 , , C n , gdzie C i oblicza bit wyjściowy . Ponieważ każde oblicza funkcję logiczną , minimalizując obwodyCF:{0,1}mLC1,C2,,CnCi F C i { 0 , 1 } m{ 0 , 1 } C iithFCi{0,1}m{0,1}Ci wydaje się trudne według powyższego wyniku.

Dai Le
źródło
Dzięki! Jednak nie chcę zrealizować ustalony funkcji z moim obwodzie C ' : Jestem OK z realizacją żadnej funkcji f tak długo, jak jego obraz jest L . Nie próbuję więc rozwiązać ich problemu realizacji pewnej funkcji f , więc nie sądzę, aby ten wynik twardości nadal obowiązywał. fCfLf
a3nm
Właśnie zaktualizowałem swoją odpowiedź, aby odpowiedzieć na twój komentarz.
Dai Le
1
Nadal się nie zgadzam. Każde oblicza funkcję logiczną, jak mówisz, ale wciąż istnieje wiele możliwych wyborów dla każdego C ' i , nawet zakładając, że pozostałe są ustalone. Na przykład, jeśli L wynosi { 000 , 001 , 010 , 011 } , jeśli C 2 jest stały, nadal mam wiele możliwości wyboru dla C 3 . Interesuje mnie trudność znalezienia minimalnego obwodu osiągającego pewne spójne wybory takich funkcji boolowskich, więc nie widzę zmniejszenia ich problemu do mojego.CiCiL{000,001,010,011}C2C3
a3nm
1
Dodałem więcej wyjaśnień.
Dai Le
1
@SashoNikolov Masz rację, że nie musi obliczać F , o którym wspomniałem. Można to dokonuje obliczenia F , którego zakres wynosi l . Nie wiemy więc, jak skonstruować C obliczające f z C . Usunę tę mylącą konstrukcję. CFFLCfC
Dai Le