AC 0


W teorii złożoności , AC 0 jest klasa złożoności zdefiniowane przez obwody logiczne o stałej głębokości. Jest częścią hierarchii AC . Klasa AC 0 zawiera dodawanie, ale nie zawiera funkcji parzystości, mnożenia lub predykatu pierwszości (patrz poniżej).

Definicja

Klasa AC 0 jest klasa złożoności z problemami określana przez logicznych układów o stałej głębokości, wielomianu wielkości bramy są AND i OR , stopnie przychodzące nieograniczona (w rzeczywistości inne drzwi mogą być dopuszczone jak „ exclusive OR ” lub NIE bramy , ponieważ są one wyrażalne, bez zmiany złożoności, przez AND i OR ). Akronim AC pochodzi z obwodu naprzemiennego . Jest częścią hierarchii AC .

Przykłady

Dodatek jest w AC 0 . Dokładniej, dla wszystkich i, problem decyzyjny, który przyjmuje jako dane wejściowe 2n bitów, które reprezentują dwie liczby aib z n bitów i który oblicza i- ty bit sumy aib, jest w AC 0 .

Szczegóły obwodu o wielkości wielomianu i stałej głębokości do dodawania

Oto sposób na zbudowanie obwodu do obliczenia i- tego bitu sumy n-1 ... a 0 i b n-1 ... b 0 . Zwróć uwagę na logikę ∧ „i”, ∨ logiczną „lub” i ⊕ wyłączną lub. Uważamy j za zdanie, prawdziwe, jeśli j- ty bit a jest równy 1, a fałszywe w przeciwnym razie. Podobnie b j jako zdanie, prawda, jeśli j- ty bit b jest równy 1, a fałsz w przeciwnym razie. Podobnie oznaczamy s j jako zdanie, prawdziwe, jeśli j- ty bit s wynosi 1, a fałszywe w przeciwnym razie. Przedstawiamy również inne propozycje:

Mamy :

Liczba bramek w obwodzie odpowiadająca powyższym wzorom jest wielomianem w n. Ponadto głębokość obwodu jest stała, jak pokazano w obwodzie pokazanym na powyższej ilustracji.

 

Podobnie odejmowanie jest w AC 0 .

Przykłady problemów niezwiązanych z AC 0

Parytet

Funkcja parzystości jest predykatem, który zwraca 1, jeśli na wejściu liczba bitów 1 jest parzysta, a w przeciwnym wypadku zwraca 0. W latach 70. , nie było wiadomo, czy istnieją obwody AC 0 dla problemu kliki lub problemu komiwojażera . W rzeczywistości Furst, Saxe i Sipser oraz niezależnie Miklós Ajtai pokazali, że tak nie jest. Wykazali nawet, że znacznie prostszy predykat, a mianowicie funkcja parzystości , nie należy do AC 0 . Johan Håstad pokazał wtedy mocniejszy wynik, lemat zamiany  (w) . Ponieważ funkcja parzystości jest w NC 1 , wnioskujemy, że włączenie AC 0 do NC 1 jest ścisłe.

Większość

Funkcja większości pobiera n bitów jako dane wejściowe i zwraca 1, jeśli ściśle więcej niż połowa bitów jest równa 1. Ta funkcja nie jest w AC 0 . Możemy to wykazać absurdalnie, jeśli większość jest w AC 0 , dodając dodatkowe bity, możemy sprawdzić, czy x ≥ k , gdzie x jest liczbą całkowitą reprezentowaną przez dane bity, a k jest stałą; stamtąd możemy sprawdzić, czy x = k  ; i dlatego przetestuj parzystość , będąc w AC 0 , co jest sprzecznością.

Mnożenie

Mnożenie nie znajduje się w AC 0 i jest pokazane przez zmniejszenie z funkcji parzystości. Z drugiej strony jest w NC 1 .

Pierwotność

Predykat pierwszości, który sprawdza, czy liczba całkowita jest liczbą pierwszą, nie znajduje się w AC 0 .

Opisowa złożoność

Klasa AC 0 jest związana z logiką pierwszego rzędu w złożoności opisowej .

Uwagi i referencje

  1. (en) Sanjeev Arora i Boaz Barak , Computational Complexity: A Modern Approach , Cambridge University Press ,2009( ISBN  0-521-42426-7 ) , rozdz.  14 („Dolne granice obwodu”) , s.  248
  2. Sylvain Perifel , Złożoność algorytmów , Elipsy ,2014, 432  s. ( ISBN  9782729886929 , czytaj online ) , rozdz.  5 („Jednolitość i niejednorodność”)
  3. (w) „  Kurs Arnsfelt Kristoffer Hansen AC  ” na stronie Arnsfelt Kristoffer Hansen na Uniwersytecie w Aarhus (Dannemark) , s. .  2
  4. Merrick Furst , James B. Saxe i Michael Sipser , „  Paryzystość , obwody i hierarchia wielomianowa  ”, Matematyka. Syst. Teoria , tom.  17,1984, s.  13-27 ( ISSN  0025-5661 , DOI  10.1007/bf01744431 , zbMATH  0534.94008 )
  5. Miklós Ajtai , „  ∑ 1 1-formuły o strukturach skończonych  ”, Roczniki logiki czystej i stosowanej , t.  24, n o  1,1983, s.  1-48
  6. Johan Håstad , „Prawie optymalne dolne granice dla obwodów o małej głębokości” , w Proceedings of 18th Annual {ACM} Symposium on Theory of Computing, 28-30 maja 1986, Berkeley, Kalifornia, {USA} ,1986( DOI  10.1145/12130.12132 ) , s.  6-20
  7. (w) "  Czytanie 3: AC0, lemat przełączania  "
  8. (w) "  Odczyt to 5 AC0 i TC0  "
  9. Eric Allender , Michael Saks i Igor Shparlinski , „  Dolna granica pierwszości  ”, Journal of Computer and System Sciences , tom.  62,1 st marca 2001, s.  356-366 ( DOI  10.1006 / jcss.2000.1725 , przeczytany online , dostęp 28 czerwca 2016 )
  10. (w) Neil Immerman , Descriptive Complexity , New York, Springer-Verlag ,1999, 268  s. ( ISBN  0-387-98600-6 , prezentacja online ).

Link zewnętrzny