Wie viele Negationen benötigen wir, um monotone Funktionen zu berechnen?


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Razborov hat bewiesen, dass die monotone Funktionsanpassung nicht in mP vorliegt . Aber können wir die Übereinstimmung unter Verwendung einer Polynomgrößenschaltung mit wenigen Negationen berechnen? Gibt es eine P / Poly-Schaltung mit -Negationen, die die Übereinstimmung berechnet? Was ist der Kompromiss zwischen der Anzahl der Negationen und der Größe für den Abgleich?O(nϵ)

Antworten:


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Markov hat bewiesen, dass jede Funktion von Eingängen mit nur ⌈ log ( n + 1 ) ⌉ Negationen berechnet werden kann . Eine effiziente konstruktive Version wurde von Fisher beschrieben. Siehe auch eine Darstellung des Ergebnisses aus dem GLL-Blog .n⌈log⁡(n+1)⌉

Etwas präziser:

Theorem: Angenommen, wird von einer Schaltung C mit g Gates berechnet, dann wird es auch von einer Schaltung C ∗ mit 2 g + O ( n 2 log 2 n ) berechnet. Tore und and log ( n + 1 ) ⌉ Negationen.f:{0,1}n→{0,1}mCgC∗2g+O(n2log2⁡n)⌈log⁡(n+1)⌉

Die Hauptidee besteht darin, für jeden Draht in C einen Parelleldraht w ' in C ∗ hinzuzufügen , der immer das Komplement von w trägt . Der Basisfall ist für die Eingangsdrähte: Fisher beschreibt , wie eine Inversionsschaltung konstruieren , I ( x ) = ¯ x mit O ( n 2 log 2 n ) Gattern und nur ⌈ log ( n + 1 ) ⌉ Negationen. Für das UND - Gatter der Schaltung C , können wir erweitern einewCw′C∗wI(x)=x¯O(n2log2⁡n)⌈log⁡(n+1)⌉C mit a ' = b ' ∨ c ' und ebenfalls für OR-Gatter. NOT-Gatter in C kosten nichts, wir tauschen einfach die Rollen von w und w ' stromabwärts des NOT-Gatters. Auf diese Weise ist die gesamte Schaltung außer der Wechselrichter-Teilschaltung monoton.a=b∧ca′=b′∨c′Cww′

AA Markov. Zur Inversionskomplexität eines Funktionssystems. J. ACM , 5 (4): 331–334, 1958.

MJ Fischer. Die Komplexität negativer Netzwerke - Eine kurze Übersicht. In Automata Theory and Formal Languages , 71–82, 1975


Ist es eine P / Poly-Schaltung?
— Anonym

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Ja, die Größe der Schaltung reicht von bis 2 g + O ( n 2 log 2 n ), wobei n die Anzahl der Eingänge ist. Ich habe die Antwort erweitert, um eine genauere Aussage über das Ergebnis zu machen und es eigenständiger zu machen. g2g+O(n2log2⁡n)n
— Mikero

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Einige explizite (Mehrfachausgangs-) Monotonfunktionen in P / poly erfordern mindestens Negationen, um in P / poly zu bleiben. log⁡n−O(log⁡log⁡n)
— Stasys

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Für diese Fragestellung (Potenz von Negationen in Schaltkreisen / Formeln / usw.) kann Folgendes relevant sein: eccc.hpi-web.de/report/2014/144 , eprint.iacr.org/2014/902 und eccc. hpi-web.de/bericht/2015/026 .
— Clement C.


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Berechnung der Inversion von Bits mit n Negationen2n−1n

Die Bits seien in absteigender Reihenfolge sortiert, dh i < jx0,…,x2n−1i<j impliziert . Dies kann durch ein monotones Sortiernetz wie das Ajtai-Komlós-Szemerédi-Sortiernetz erreicht werden.xi≥xj

Wir definieren die Inversionsschaltung für Bits I n ( → x ) induktiv: Für den Basisfall haben wir n = 1 und I 1 0 ( → x ) : = ¬ x 0 . Sei m = 2 n - 1 . Wir reduzieren I n (für die 2 m + 1 ) Bits zu einem I n - 1 Tor (für m2n−1In(x→)n=1I01(x→):=¬x0m=2n−1In2m+1In−1m∧∨ gates. We use negation to compute ¬xm. For i<m let yi:=(xi∧¬xm)∨xm+i. We use In−1 to invert y→. Now we can define In as follows:

Iin:={Iin−1(y→)∧¬xmi<m¬xmi=mIin−1(y→)∨¬xmi<m

It is easy to verify this inverts x→ by considering the possible values of xn and using the fact that x→ is decreasing.

From Michael J. Fischer, The complexity of negation-limited networks - a brief survey, 1975.

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