Hậu quả của thuật toán thời gian đa thức cho bài toán đẳng cấu đồ thị


40

Các vấn đề phép đẳng cấu đồ thị (GI) được cho là ứng viên tốt nhất được biết đến cho một NP-trung gian vấn đề. Các thuật toán tốt nhất được biết đến là thuật toán phân theo cấp số nhân với thời gian chạy . Được biết, GI không phải làNP-complete trừ khihệ thống phân cấp đa thứcsụp đổ.2O(nlogn)NP

Điều gì sẽ là hậu quả lý thuyết phức tạp của một thuật toán thời gian đa thức cho bài toán Đồ thị đẳng hình?
Một thuật toán thời gian bán đa thức cho GI sẽ bác bỏ bất kỳ phỏng đoán nổi tiếng nào trong lý thuyết phức tạp?


Các vấn đề tương tự khác như Vấn đề thống trị tối thiểu trong vấn đề giải đấu, vấn đề đẳng cấu nhóm và vấn đề đẳng cấu giải đấu có thuật toán bán thời gian đa thức ( QP ). Hai vấn đề sau là đa thức - thời gian có thể giảm xuống GI.

Chúng ta có thể giảm một cách hiệu quả Vấn đề thống trị tối thiểu trong giải đấu thành GI không?
Có bất kỳ phỏng đoán nào loại trừ GI khó đối với QP không?

Cập nhật (2015-12-14) : Babai đã đăng một bản thảo sơ bộ về arXiv cho thuật toán thời gian quasipolynomial của mình cho GI.

Cập nhật (2017/01/04) : Babai rút lại tuyên bố rằng các thuật toán là trong thời gian quasipolynomial, theo phân tích mới của thuật toán là trong thời gian subexponential nằm trong2 n o ( 1 ) .expexp(O~(lgn))2no(1)

Cập nhật (2017-01-09) : Babai khôi phục yêu cầu thời gian quasipolynomial, thay thế thủ tục vi phạm bằng một quy trình hiệu quả hơn.


6
Tôi nghĩ rằng nhiều người nghĩ rằng nó có thuật toán thời gian đa thức và AFAIK một thuật toán như vậy sẽ không có bất kỳ hậu quả lý thuyết phức tạp nào.
Huck Bennett

7
AC0

14
Sau hai năm tôi tin rằng chúng tôi có một câu trả lời. Laszlo Babai đã chứng minh rằng GI có thuật toán thời gian đa thức gần đúng. Nguồn: lucatrevisan.wordpress.com/2015/11/03/ Từ
user3415207

8
@ user3415207 Babai rút lại yêu cầu về thời gian chạy quasipolynomial . Rõ ràng đã có một lỗi trong phân tích.
Raphael

6
@Raphael ... và Babai đã khôi phục yêu cầu của mình (cùng liên kết với bạn).
Daniel

Câu trả lời:


5

Theo như tôi có thể nói, nếu bạn hỏi đơn giản về hậu quả của sự thật đơn thuần (như một hộp đen) rằng GI có trong QP, tôi nghĩ rằng câu trả lời là rất ít. Một điều tôi có thể nghĩ ra, đó không phải là một định lý mà là hệ quả của các hướng nghiên cứu, là đối với nhóm đẳng cấu. Vì GroupIso giảm xuống GI và chúng tôi thậm chí không biết GroupIso có ở P hay không, việc đưa GroupIso vào P có thể được coi là một trở ngại quan trọng để đưa GI vào P (nếu bạn nghĩ trường hợp sau có thể xảy ra).

nlogn+O(1)2O~(n)


nO(loglogn)

nO(loglogn)cc

@JoshuaGrochow Bạn có đồng ý với tôi rằng cách tiếp cận của François Le Gall và David J. Rosenbaum trong On the Group và các vấn đề về đẳng cấu màu có ý nghĩa không? Hoặc ít nhất là họ đối xử với một số câu hỏi có thể đưa ra sau khi có được sự hiểu biết cơ bản về kết quả của László Babai?
Thomas Klimpel

@ThomasKlimpel: Tôi đồng ý rằng bài báo của họ có ý nghĩa, mặc dù tôi chưa thấy cách tận dụng những hiểu biết của họ (mặc dù hiểu hầu hết các bằng chứng của Babai).
Joshua Grochow

βkP


0

Điều gì sẽ là hậu quả lý thuyết phức tạp của một thuật toán thời gian đa thức cho bài toán Đồ thị đẳng hình?

Ít nhiều giống với hậu quả của thuật toán thời gian đa thức xác định đối với kiểm tra tính nguyên thủy, thuật toán thời gian đa thức xác định cho lập trình tuyến tính và trường hợp khác trong đó thuật toán thực tế (ngẫu nhiên) (với các ví dụ bệnh lý hiếm gặp trong đó thuật toán trở nên kém hiệu quả) và sử dụng trong một thời gian dài. Nó xác nhận phỏng đoán rằng hiệu quả thực tế là một chỉ số tốt cho sự tồn tại của các thuật toán lý thuyết xác định khắc phục các vấn đề của các ví dụ bệnh lý hiếm gặp.

Một thuật toán thời gian bán đa thức cho GI sẽ bác bỏ bất kỳ phỏng đoán nổi tiếng nào trong lý thuyết phức tạp?

Không, các phỏng đoán thay vì đi đến địa điểm đối diện, cụ thể là GI ở P. Vì GI ở NP, sẽ không có khả năng bác bỏ loại phỏng đoán này sớm.

Chúng ta có thể giảm một cách hiệu quả Vấn đề thống trị tối thiểu trong giải đấu thành GI không?

Bộ thống trị tối thiểu không phải là một vấn đề đẳng cấu, do đó không có lý do gì để dự kiến ​​có thể giảm xuống GI.

Có bất kỳ phỏng đoán nào loại trừ GI khó đối với QP không?

Chúng ta thậm chí không biết làm thế nào để giảm vấn đề đẳng cấu chuỗi thành GI và đây ít nhất là một vấn đề đẳng cấu. Bằng chứng của Babai cho thấy sự đồng hình chuỗi đã có trong QP, vì vậy ... Và điều gì khó đối với QP thậm chí có nghĩa là gì? Cứng dưới giảm thời gian đa thức?


Từ việc giới thiệu các vấn đề về đẳng cấu và nhóm màu của François Le Gall và David J. Rosenbaum

Sự phức tạp của các vấn đề kiểm tra đẳng cấu đáng để nghiên cứu cả bởi vì chúng là những câu hỏi tính toán cơ bản và cũng vì nhiều trong số chúng không được biết đến trong P, nhưng tuy nhiên có vẻ dễ hơn các bài toán hoàn chỉnh NP. Nghiên cứu nhiều nhất trong số này là vấn đề đẳng cấu đồ thị.

GIGrIđược định nghĩa (trong bài báo trên, nhưng các tác giả tự hỏi tại sao không ai làm điều đó trước đây), trong đó thêm các phần còn thiếu từ vấn đề đẳng cấu chuỗi. .

GI


Chỉnh sửa: Câu trả lời này đã được đưa ra trong bối cảnh rút lại kết quả của Babai, trước khi ông tuyên bố sửa chữa. Nó gợi ý rằng sự khái quát hóa một chút của bài toán đẳng cấu đồ thị được đề xuất bởi bài toán đẳng cấu chuỗi là vấn đề thực sự quan trọng. Kỳ vọng ngầm ở đây là bất kỳ thuật toán hợp lý nào cho bài toán đẳng cấu đồ thị sẽ dẫn đến một thuật toán tương tự cho bài toán đẳng cấu đồ thị tổng quát. Các vấn đề tổng quát là đa thức thời gian tương đương với vấn đề thiết ổn định , các vấn đề ngã nhóm , vấn đề giao coset, các vấn đề bộ vận chuyển , ... Ý tưởng đằng sau sự mong đợi này là vấn đề khái quát hóa sẽ xảy ra trong phần đệ quycủa bất kỳ thuật toán hợp lý, vì vậy nó phải được giải quyết bằng mọi cách. (Và hoàn toàn có thể vấn đề tổng quát là thời gian đa thức tương đương với đẳng cấu đồ thị.)

Bây giờ các bình luận của Joshua Grochow chỉ ra rằng tôi đã không thành công trong việc giải thích tầm quan trọng về mặt khái niệm của các phần còn thiếu từ vấn đề đẳng cấu chuỗi. Đối với các cấu trúc vô hạn, có thể dễ dàng hơn để đánh giá rằng một đẳng cấu hợp lệ không chỉ bảo toàn cấu trúc đã cho mà còn thuộc về một loại hàm thích hợp (ví dụ: loại hàm liên tục). Đối với các cấu trúc hữu hạn, hiện tượng tương tự chủ yếu xảy ra đối với các cấu trúc thương, trong đó loại chức năng phù hợp phải tương thích với các chỉ số đã cho. Công cụ Johnson là một ví dụ điển hình của các chỉ tiêu như vậy, ví dụ logic phân vùng đang làm việc trên hai tập hợp phần tử của một số bộ cơ sở. Cũng lưu ý rằng việc hạn chế danh mục được phép đối với các đẳng cấu thường làm cho vấn đề kiểm tra đẳng cấu dễ dàng hơn,

Vấn đề với sự khái quát hóa của vấn đề đẳng cấu đồ thị là dừng lại ở đâu. Tại sao không khái quát cho đến nay để bao gồm các vấn đề đẳng cấu nhóm hoán vị? Câu hỏi này thực sự rất khó, vì nhiều kết quả không tầm thường đối với đẳng cấu đồ thị có thể sẽ được chuyển sang dạng đẳng cấu nhóm hoán vị. Nhưng ở đây, cảm thấy hợp lý hơn khi coi lý thuyết nhóm hoán vị tính toán là một chủ đề theo đúng nghĩa của nó, ngay cả khi nó thực sự có mối liên hệ chặt chẽ với vấn đề đẳng cấu đồ thị.


1
Sn

1
@JoshuaGrochow Đối với iso màu, các màu chỉ là số tùy ý (wlog giới hạn ở [n]). Đối với chuỗi iso, các chuỗi được đưa ra trên một bảng chữ cái hữu hạn cố định. Tôi nghĩ rằng đó là một bảng chữ cái nhị phân, nhưng tôi đã đánh giá sai điều này. Tôi chỉ nhớ rằng ban đầu tôi đã nhầm lẫn liệu màu iso chỉ là một tên khác cho chuỗi iso. Vì vậy, khi tôi quyết định đọc tờ giấy đó sau khi Laszlo rút lại yêu cầu của mình, nó cảm thấy như một sự khác biệt đối với tôi. Có lẽ nó thực sự là một sự khác biệt, bởi vì "trên một bảng chữ cái hữu hạn" truyền đạt "sửa chữa bảng chữ cái hữu hạn yêu thích của bạn, nó sẽ không tạo ra bất kỳ sự khác biệt nào". Cái nào đúng.
Thomas Klimpel

1
logn[n]

1
@JoshuaGrochow Đây chính xác là những gì tôi muốn nói, nó sẽ không tạo ra bất kỳ sự khác biệt nào ". Điều đó là sự thật. Bây giờ tôi đã cố gắng giải quyết nhận xét" đẳng cấu hình chuỗi / màu sắc không rơi vào lớp đó ". Tôi rất thích học một số bài học từ Andreas Blass và Yuri Gurevich đang trên đường, những người cũng cố gắng tập trung vào các điểm khái niệm. Tôi rất vui vì Babai đã sửa thuật toán của mình bây giờ, do đó tôi cảm thấy không có nghĩa vụ (hoặc áp lực) để điều tra xem liệu đẳng cấu đồ thị và đẳng cấu chuỗi có tương đương thời gian không (Đó là bối cảnh tại sao tôi viết câu trả lời đó.)
Thomas Klimpel

Tôi bối rối tại sao bạn so sánh tiến trình trên GI với kết quả derandomization.
Sasho Nikolov
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.