การจัดอันดับความยากของปัญหาฮาร์ด NP ในทางปฏิบัติ


15

คำถามนี้เกี่ยวข้องอย่างแน่นหนากับโพสต์อื่น: การเปลี่ยนเฟสในปัญหาฮาร์ด NPแต่มันค่อนข้างแตกต่างกัน ในขณะที่คำถามนั้นเกี่ยวกับความแข็งของอินสแตนซ์ที่เฉพาะเจาะจงของปัญหาที่หนักหน่วง NP แต่นี่คือการจัดอันดับความยากของอินสแตนซ์เดียวกัน

มีจำนวนมากของบรรณานุกรมเกี่ยวกับผลกระทบที่รู้จักกันเป็นระยะการเปลี่ยนผ่าน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับกรณีของสูตรสุ่ม 3-SAT ใน Conjunctive Normal Form (CNF) เป็นที่ทราบกันดีว่ามีค่า R ของอัตราส่วนของอนุประโยคต่อตัวแปรเช่นที่ r <R สูตรทั้งหมดสามารถพอใจกับความน่าจะเป็นสูง และสำหรับ r> R สูตรไม่น่าพอใจที่มีความน่าจะเป็นสูง ผลของการเปลี่ยนเฟสเกิดขึ้นใกล้ R และมีผลที่น่าทึ่งว่าการแก้ปัญหาความพึงพอใจสำหรับสูตรเหล่านั้นยากมากในทางปฏิบัติ

เนื่องจากการพิสูจน์ความแข็งของ NP ของปัญหาที่กำหนดมันเป็นสิ่งจำเป็นที่จะแสดงให้เห็นว่ามีเวลาพหุนามลดลงถึงปัญหาที่สมบูรณ์ของ NP และสมบูรณ์ที่ปัญหาที่ NP- สมบูรณ์สามารถเปลี่ยนได้ในเวลาพหุนามในหมู่พวกเขาแล้ว คำถามต่อไปนี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติ:

เป็นไปได้หรือไม่ที่จะจัดอันดับความยากลำบากของปัญหาที่เกิดขึ้นในทางปฏิบัติโดยใช้การเปลี่ยนเฟสของ 3-SAT CNF เป็นตัวบ่งชี้? ปรีชาคือปัญหาหนึ่งที่ P1 คาดว่าจะยากกว่า P2 ถ้าการเข้ารหัส 3-SAT ใกล้ R (ซึ่งเป็นที่รู้กันว่าใกล้ 4.2) โปรดทราบว่าแนวคิดนี้ไม่จำเป็นต้องผูกมัดอินสแตนซ์ของแต่ละปัญหาโดยเฉพาะ

มีข้อโต้แย้งจำนวนมากในหมู่พวกเขา:

  1. การเปลี่ยนเฟสของสูตร CNF 3-SAT นำไปใช้กับสูตรสุ่ม อย่างไรก็ตามอินสแตนซ์ที่เฉพาะเจาะจงในปัญหาที่แตกต่างมีโครงสร้างบางอย่างที่อาจถูกเอารัดเอาเปรียบโดยนักแก้ปัญหาสำหรับปัญหานั้น --- สิ่งนี้ชี้ให้เห็นแล้วโดย Peter Shor ในคำถามดังกล่าว
  2. อาจเป็นกรณีที่การเข้ารหัสเฉพาะที่ใช้ในการเปลี่ยนอินสแตนซ์เฉพาะในปัญหาของเราเป็น 3-SAT มีบทบาทสำคัญในอัตราส่วนของอนุประโยคต่อตัวแปรที่นำไปสู่ค่าที่ทำให้เข้าใจผิดดังนั้นการจัดหมวดหมู่ misclassifications ความคิดเห็นคำถามนี้
  3. เสิร์จ (ตามความเข้าใจของฉันจากความเห็นของเขากับคำถามนี้) ทำให้เกิดปัญหาที่อาจทำให้ปัญหาปัญหา NP ยากขึ้นอย่างผิดเพี้ยนเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ในสูตร 3CNF ที่เปลี่ยนแปลงอัตราส่วนของคำสั่งต่อตัวแปรในขณะที่รักษาความน่าพอใจ

สำหรับ 1 ปัญหาทั้งหมดอาจมีระดับความเป็นระเบียบเท่ากันดังนั้นอาจใช้ปัญหาการจัดอันดับ (แทนการระบุลักษณะความยาก) สำหรับ 2 มีการเข้ารหัสโดยเฉพาะปัญหาที่รู้กันว่าไม่ซ้ำซ้อน WRT กฎการแพร่กระจายหน่วยเพื่อให้พวกเขาควรได้รับการแนะนำและบางทีพวกเขาอาจหลีกเลี่ยง misclassifications ตัวอย่างคือSideris et al., 2010สำหรับกรณีของการวางแผนข้อเสนอ สำหรับ 3, Cheeseman et al., 1991ได้พิจารณาปัญหาของการแมประหว่างปัญหาที่รักษาหรือไม่ว่าผลการเปลี่ยนเฟสและการทดลองเบื้องต้นของพวกเขาดูเหมือนว่าจะสนับสนุนการคาดเดาของพวกเขาหากมีใครช่วยลดปัญหา NP เดิมและแม้แต่ " สามารถ ลดลงอีกโดยการใช้ความละเอียดกับข้อ "

ทั้งหมดนี้สมเหตุสมผลกับคุณหรือไม่ คุณตระหนักถึงการอ้างอิงบรรณานุกรมเกี่ยวกับเรื่องนี้หรือไม่? คำแนะนำใด ๆ ที่จะได้รับการยอมรับส่วนใหญ่!


ฉันเดาว่าคำตอบจะขึ้นอยู่กับการลดลงของ SAT ที่ใช้อย่างใดอย่างหนึ่ง แต่อาจมีวิธีที่จะแก้ปัญหานั้นได้
Kaveh

5
อีกข้อโต้แย้งก็คือว่าเราสามารถเพิ่มความกระจัดกระจายมากหรือเป็นองค์ประกอบที่น่าพอใจอย่างหนาแน่นองค์ประกอบสูตร 3CNF เปลี่ยนอัตราส่วนของคำสั่งตัวแปรและรักษาความน่าเชื่อถือ
Serge Gaspers

@Kaveh: ขอบคุณมากสำหรับความคิดเห็นของคุณ! แนวคิดนี้กำลังใช้การเข้ารหัสที่ไม่ซ้ำซ้อนกับ 3-SAT เช่นเดียวกับใน [Sideris et al. 2010] ฉันไม่ได้อ้างว่าสิ่งนี้จะได้ผล แต่ดูเหมือนจะเป็นสิ่งที่ถูกต้องที่จะทำ ฉันได้แก้ไขคำถามด้วยความคิดเห็นของคุณ ขอบคุณอีกครั้ง!
Carlos Linares López

1
@Serge: จุดที่ดี Serge! [Cheesemann et al., 1991] ได้ตรวจสอบคำถามว่าการแมประหว่างปัญหารักษาผลการเปลี่ยนเฟสทั้งสำหรับปัญหา NP และปัญหาใน P (เพื่อพิสูจน์ว่าพวกเขาไม่ได้กลายเป็น NP เมื่อขยายไปถึง 3-SAT ปลอมตัวอย่างเช่น ) และผลลัพธ์ของพวกเขาสนับสนุนการอ้างสิทธิ์หากว่าพวกเขาเริ่มต้นด้วยการลดลงเบื้องต้นบางอย่างอาจใช้กฎการแพร่กระจายหน่วย ฉันได้แก้ไขคำถามด้วยความคิดเห็นของคุณ ขอบคุณมาก!
Carlos Linares López

@ ทั้งหมด: ขอบคุณมากสำหรับความสนใจของคำถามของฉัน! นี่เป็นคำถามแรกของฉันที่นี่ (และฉันจะโพสต์คนอื่นในอนาคต) ฉันพบว่ามันน่าประทับใจที่ภายในเวลาน้อยกว่า 24 ชั่วโมงมันได้รับ 125 การเยี่ยมชม, 7 โหวตและอีกหนึ่งคนระบุว่ามันถูกใจ ขอบคุณทุกท่าน!
Carlos Linares López

คำตอบ:


13

แม้ว่าจะไม่สามารถเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคที่คุณกล่าวถึงได้ แต่ฉันคิดว่ามีแรงจูงใจน้อยมากที่จะทำเช่นนี้ด้วยเหตุผลง่ายๆที่ (อย่างน้อยเท่าที่ฉันทราบ) ความยากของ NP-hard ปัญหาในทางปฏิบัติดูเหมือนจะสังเกตุว่ามีส่วนเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนเฟส 3-SAT เล็กน้อย

เปรียบเทียบสิ่งนี้กับวิธีอื่น ๆ ในการจัดอันดับปัญหา NP-hard ในแง่ของความยากลำบาก: มีความสัมพันธ์เชิงประจักษ์ระหว่างปัญหา NP-hard ที่ง่ายในการปฏิบัติและปัญหา NP-hard ที่ง่ายต่อการประมาณหรือที่แก้ไขพารามิเตอร์ (ในแง่ของความซับซ้อนแปร) แนวคิดเรื่องการลดที่เหมาะสมได้รับการพัฒนาในกรณีเหล่านี้ซึ่งอธิบายการสังเกตเชิงประจักษ์บางส่วน อย่างไรก็ตามในปัจจุบันดูเหมือนว่าจะไม่มีข้อบ่งชี้เชิงประจักษ์ว่าปัญหา NP-hard ส่วนใหญ่ที่ยากในทางปฏิบัตินั้นยากเนื่องจากความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดกับอินสแตนซ์ 3-SAT ใกล้ช่วงเปลี่ยนผ่าน ดังนั้นจึงไม่มีเหตุผลมากนักที่จะพัฒนาทฤษฎีเพื่อ "อธิบาย" สิ่งที่ดูเหมือนจะไม่จริงในทางปฏิบัติ


2
upvoted ฉันสนใจที่จะอ้างอิงถึงการจัดอันดับเชิงประจักษ์ของปัญหา NP-hard
Aaron Sterling

โหวตขึ้นเช่นกัน! แต่เป็นแอรอนฉันจะสนใจมากใน bibs อ้างอิงบางอย่างเกี่ยวกับการจัดอันดับปัญหา NP- ยาก ให้ฉันกับคู่และฉันจะทำเครื่องหมายคำถามนี้อย่างมีความสุขว่าเป็นคำตอบ! (พูดอย่างจริงใจฉันจะทำอย่างแน่นอนในสองสามวันแม้ว่าคุณจะไม่ได้ให้การอ้างอิงใด ๆ เอี๊ยม) ขอบคุณอีกครั้งทิโมธี!
Carlos Linares López

1
W

ทิโมธี !! ขอบคุณมากจริงๆ !!! มันเป็นชนิดของคุณมากที่ให้การอ้างอิงรายการนั้น !! ขอบคุณมาก!!
Carlos Linares López
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.