Кіріспе

Есептеу күрделілігі теориясында DTIME (немесе TIME) — детерминистік Тьюринг машинасының есептеу уақыты ресурсы. Ол белгілі бір алгоритмді пайдалана отырып, нақты есептеу мәселесін шешу үшін "қалыпты" физикалық компьютерге қажетті уақыт мөлшерін (немесе есептеу қадамдарының санын) көрсетеді. Бұл ең көп зерттелген күрделілік ресурстарының бірі, себебі ол нақты әлемдегі маңызды ресурсқа (компьютердің мәселені шешуге жұмсайтын уақытқа) өте жақын. DTIME ресурсы күрделік сыныптарын анықтау үшін қолданылады, олар — белгілі бір есептеу уақытында шешілетін барлық шешімдік есептердің жиынтығы. Егер n көлеміндегі есеп O(f(n)) уақытында шешілсе, онда \mathsf{DTIME}(f(n)) (немесе \mathsf{TIME}(f(n))) күрделік сыныбы болады. Қолданылатын жад кеңістігіне шектеу қойылмайды, бірақ басқа күрделік ресурстарға (мысалы, алмасуға) шектеулер болуы мүмкін.

DTIME-дегі күрделілік сыныптары

Көптеген маңызды күрделілік сыныптары DTIME терминдерімен анықталады, олар белгілі бір детерминистік уақыт ішінде шешілетін барлық мәселелерді қамтиды. Кез келген күрделілік функциясы күрделілік класын анықтау үшін қолданылуы мүмкін, бірақ зерттеуге пайдалы кластардың саны шектеулі. Әдетте, күрделілік кластары есептеу моделіндегі өзгерістерге төзімді болуын және кіші программалардың құрамында жабық болуын қалаймыз. DTIME уақыт иерархиясы теоремасын қанағаттандырады, яғни асимптотикалық жағынан үлкен уақыт әрқашан үлкен проблемалар жиынтығын құрайды. Жақсы белгілі P күрделілік класы DTIME-нің полиномдық мөлшерінде шешілетін барлық мәселелерді қамтиды. Оны формальды түрде былай анықтауға болады: P – сызықтық уақыт проблемаларын қамтитын ең кіші төзімді сынып (AMS 2004, Лекция 2.2, 20-бет). P – «есептеу тұрғысынан мүмкін» саналатын ірі күрделілік сыныптарының бірі. Детеминистік уақытты пайдаланатын әлдеқайда үлкен сынып – EXPTIME, ол экспоненциалдық уақытта детерминистік машинаны пайдалана отырып шешілетін барлық мәселелерді қамтиды. Формальды түрде, үлкен күрделілік сыныптары да осылай анықталуы мүмкін. Уақыт иерархиясы теоремасының нәтижесінде, бұл сыныптар қатаң иерархия құрайды; біз білеміз және одан да жоғары.

Машинаның үлгісі

P сияқты берік кластар үшін, DTIME-ды анықтау үшін қолданылатын нақты машина моделі ресурстың күшіне әсер етпей өзгертілуі мүмкін. Есептеу күрделілігі әдебиетінде DTIME көбінесе көп таспалы Тьюринг машиналары негізінде анықталады, әсіресе өте кішкентай уақыт кластарын талқылағанда. Көп таспалы детерминистік Тьюринг машинасы бір таспалы машинаға қарағанда квадраттық уақытты жылдамдатуды қамтамасыз ете алмайды. Тьюринг машиналары үшін сызықтық жылдамдық теоремасына сәйкес, уақыт шегіндегі көбейту тұрақтылары DTIME кластарының мөлшеріне әсер етпейді; тұрақты көбейту жылдамдығын әрқашан шекті күйді басқарудағы күйлер санын және таспа әліпбиінің мөлшерін арттыру арқылы алуға болады. Пападимитриудің тұжырымында, L тілі үшін, Let Then, кез келген үшін , , where .

Жалпылау

Детерминистік Тьюринг машинасынан басқа модельді пайдаланғанда, DTIME-нің әр түрлі жалпыламалары мен шектеулері бар. Мысалы, егер біз детерминистік емес Тьюринг машинасы қолдансақ, онда NTIME ресурсы пайда болады. DTIME және басқа есептеу ресурстарының экспрессивтік мүмкіндіктері арасындағы байланыс нашар зерттелген. Белгілі нәтижелердің бірі – көп таспалы машиналар үшін. Бұл нәтиже Сантанаммен кеңейтілді. Егер біз ауыспалы Тьюринг машинасы қолдансақ, онда ATIME ресурсы пайда болады.