Методы оптимизации, 02 лекция (от 15 февраля)

Материал из eSyr's wiki.

Перейти к: навигация, поиск

//отсутствует первая половина лекции

Утверждение 0. P ⊂ NP.

Основной вопрос — вопрос строгого включения. Не удоаётся доказать ни то, что P строго включается в NP, ни то, что он равен NP. Сейчас господствует гипотеза строгого включения, но не исключено и обратное.

Прдположение о том, что у нас имеется строгое включение... мы хотим определить те задачи, котрые в случае строгого включения не попадут в класс P. Для того, чтобы ввести такие здаачи, нам понадобится понятие «одна задача сложнее другой». Например: за полиномиальное время из алгоритма решения первой задачи можно а полин. время получить второй, или привести алгоритм решения первой к алгоритму решения второй

Опрееделение 6. Массовая задача распознавания свойств П' с кодировкой e' полиномиально сводится к П с e, если у нас \exist f: e'(\Pi') \darr e(\Pi), это значит, что f(e'(Y')) = e(Y) и существует детерминированная МТ Af, которая реализует f за полиномиальное время.

Далее будем писать \Pi' \propto(?) \Pi (значёк бесконечности с отгрызенной правой частью) --- полиномиальная сводимость

Этот значёк можно воспринимать как знак нестрогого порядка.

Утверждение 2. Если П1 сводится к П2 и П2 к П3, то (транзитивность сводимости) П1 сводится к П3

Доказательство основано на том, что полином от полинома — полином.

Утв. 3. Если П' полиномиально сводится к П и П ∈ P, то П' ∈ P.

Доказательство. \exist A \exist p(.). Построим алгоритм A', решающий задачу П': A' = A \times A_f I' \in \Pi' \overbrace{\rArr}{A_f} I \in \Pi {overbrace}{\dArr}{A} решение, t_{A'}(I') \le p(P_f(|I|)).

Соврешенно аналогично получаем

Утверждение 4. Если П' полиномиально сводится к П и П ∈ NP, то П' ∈ NP.

Доказательство аналогично.

Основное определение всей теории сложности:

Определение 7. Массовая задача П называется NP-полной, или, иначе, универсальной, обозначение NPC (NP-complete), если

  1. П ∈ NP
  2. ∀ П ∈ NP ⇒ П' сводится к П

С определения этого класса пошла теория сложности как теория, и основной теоремой теории сложности является теорема Кука (1971 год):

Теорема Кука (Cook, 1971) NPC ≠ ∅

В частности, задача выполнимости (ВЫП) принадлежит NPC

Эта теорема будет доказываться на 5 курсе.

ВЫП: ∃ выполняющий набор для КНФ?

\And_{i=1}^{N} D_i(z), D_i(z) = \lor_{j = 1}^{n_j} z_j^(\alpha_j), z_j^0 = \empty, z_j^1 = z_j, z_j^{-1} = \not z_j

Соответственно, задача состоит в ∃ z: КНФ(z) = 1.

Утверждение. ВЫП ∈ NP

Доказательство. Предположим, что ответ да. Тогда &exists;z с волной, КНФ(z с волной) = 1. Для проверки надо подстваить аргумент в КНФ, что все дизьюнкты равны 1, проверка имеет линейную сложность, проверка полиномиальная.

Почему так хороши, важны, интересны NP-полные задачи?

Утверждение 5. Если PNPC ≠ ∅ ⇒ P = NP, и наоборот, если найдётся П такая, что П ∈ NPC \ P, то NPC &subb; NP \ P

В книге Грея-Джонсона приведено более 500 задач из класса NPС, и все задачи остальные, их принадлежность к классу NPC доказывалась не напрямую, а доказывалась на основании следующего критерия:

Теорема (критерий NP-полноты). Массовая задача П распознавания свойств ∈ NPC

  1. П ∈ NP
  2. ∃ П* ∈ NPC, П* полиномиально сводится к П.

Доказательство (по транзитивности). ∀ П' ∈ NP, П' полиномильано сводится к П* полиномиально сводится к П.

Утвеждение. БЛН (задача булевых линейных неравенств) ∈ """NPC

Доказательство. ВЫП сводится к БЛН

Задача БЛН: 
\exist z \in \mathbb{B}^n
\begin{cases}
a_11 z_1 + ... + a_1n z_n \le b_1 \\
... \\
a_m1 z_1 + ... + a_mn z_n \le b_m
\end{cases}

эквивалентная проверка: z_1 \or \not z_2 \or z_4 || z_1 + (1 - z_2) + z_4 \ge 1


Методы оптимизации


01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15


Календарь

пт пт пт пт пт
Февраль
  08 15 22 29
Март
06 13 20 27
Апрель
04 11 18 25
Май
02   16 23

Материалы
Упражнения || Задачи | Определения | Утверждения | Теоремы || Теормин | Обозначения


Эта статья является конспектом лекции.

Эта статья ещё не вычитана. Пожалуйста, вычитайте её и исправьте ошибки, если они есть.
Личные инструменты
Разделы