Ile negacji potrzebujemy do obliczenia funkcji monotonicznych?

14

Razborov udowodnił, że dopasowanie funkcji monotonicznej nie występuje w MP . Ale czy możemy obliczyć dopasowanie za pomocą obwodu wielkości wielomianowej z kilkoma negacjami? Czy istnieje obwód P / poli z który oblicza dopasowanie? Jaki jest kompromis między liczbą negacji a rozmiarem dopasowania?O(nϵ)

Anonimowy
źródło

Odpowiedzi:

21

Markov udowodnił, że dowolną funkcję danych wejściowych można obliczyć tylko z negacjami ⌈ log ( n + 1 ) . Skuteczna wersja konstrukcyjna została opisana przez Fishera. Zobacz także ekspozycję wyniku z bloga GLL .nlog(n+1)

Dokładniej:

Twierdzenie: Załóżmy, że jest obliczany przez obwód C z bramkami g , a następnie jest obliczany przez obwód C z 2 g + O ( n 2 log 2 n ) bramki i log ( n + 1 ) ations negacje.f:{0,1}n{0,1}mCgC2g+O(n2log2n)log(n+1)

Główną ideą jest dodanie dla każdego drutu w C drutu parellelowego w w C ∗, który zawsze przenosi dopełnienie w . Podstawowy przypadek dotyczy przewodów wejściowych: Fisher opisuje, jak zbudować obwód inwersyjny I ( x ) = ¯ x z bramkami O ( n 2 log 2 n ) i tylko negacjami ⌈ log ( n + 1 ) . Dla bramek AND obwodu C możemy rozszerzyć awCwCwI(x)=x¯O(n2log2n)log(n+1)C z a ' = b 'c " , i podobnie lub bram. NIE bramy w C nic nie kosztują, po prostu zamienić role w i W ' w dół od NOT bramy. W ten sposób cały obwód oprócz obwodu falownika jest monotoniczny.a=bca=bcCww

AA Markov. O złożoności inwersyjnej systemu funkcji. J. ACM , 5 (4): 331–334, 1958.

MJ Fischer. Złożoność sieci o ograniczonej negacji - krótka ankieta. W Automata Theory and Formal Languages , 71–82, 1975

mikero
źródło
Czy to jest obwód P / poli?
Anonimowy
2
Tak, rozmiar obwodu wynosi od do 2 g + O ( n 2 log 2 n ), gdzie n jest liczbą wejść. Rozszerzyłem odpowiedź, aby zawierała bardziej precyzyjne określenie wyniku i uczyniła go bardziej samodzielnym. g2g+O(n2log2n)n
mikero
4
Niektóre jawne (wielowyjściowe) funkcje monotoniczne w P / poli wymagają co najmniej negacji, aby pozostały w P / poli. lognO(loglogn)
Stasys
2
W przypadku tej linii pytań (moc negacji w obwodach / formułach / itp.) Istotne mogą być: eccc.hpi-web.de/report/2014/144 , eprint.iacr.org/2014/902 i eccc. hpi-web.de/report/2015/026 .
Klemens C.
2
wystarczydimacs.rutgers.edu/TechnicalReports/abstracts/1995/95-31.html. 2g+O(nlogn)
Emil Jeřábek 3.0
1

Jak obliczyć inwersję bitów za pomocą n negacji2n1n

Niech bity zostaną posortowane w kolejności malejącej, tj. I < j oznacza x ix j . Można to osiągnąć dzięki monotonicznej sieci sortującej, takiej jak Ajtai – Komlós – Szemerédi.x0,,x2n1i<jxixj

Obwód inwersyjny definiujemy dla bitów I n ( x ) indukcyjnie: W przypadku podstawowym mamy n = 1 i I 1 0 ( x ) : = ¬ x 0 . Niech m = 2 n - 1 . Zmniejszamy I n (dla 2 m + 1 ) bitów do jednej bramki I n - 1 (dla m2n1In(x)n=1I01(x):=¬x0m=2n1In2m+1In1mbitów) i jedna bramka negacji za pomocą bramek i . Do obliczenia ¬ x m używamy negacji . Dla i < m niech y i : = ( x i¬ x m ) x m + i . Używamy I n - 1 do odwrócenia y . Teraz możemy zdefiniować I n w następujący sposób:¬xmi<myi:=(xi¬xm)xm+iIn1yIn

Iin:={Iin1(y)¬xmi<m¬xmi=mIin1(y)¬xmi<m

Łatwo jest zweryfikować to odwrócenie , biorąc pod uwagę możliwe wartości x n i wykorzystując fakt, że x maleje.xxnx

Michael J. Fischer, Złożoność sieci o ograniczonej negacji - krótka ankieta, 1975.

Anonimowy
źródło