Кіріспе
Екінші реттік логикадағы барлық қасиеттер жиынтығы – күрделілік класы NP. Фагин теоремасы – сипаттамалық күрделілік теориясының ең алғашқы нәтижесі, ол есептеу күрделілігі теориясының бір саласы болып табылады. Бұл сала күрделілік кластарын проблемаларды шешуге арналған алгоритмдердің әрекеттеріне қарағанда, проблемалардың логикалық сипаттамалары арқылы сипаттайды. Теорема экзистенциалды екінші реттік логикада бейнеленетін барлық қасиеттер жиынтығының дәл күрделілік класы NP екенін көрсетеді. Ол 1973 жылы Рональд Фагиннің докторлық диссертациясында дәлелденген және 1974 жылғы мақаласында жарияланған. Екінші реттік формуланың қажетті арналуы 1981 жылы Джеймс Линч тарапынан (бір жағынан) жақсартылды, ал Этьен Гранжанның бірнеше зерттеулері nondeterministic кездейсоқ сүйемелдеу машиналарын үшін нақты шектеулер ұсынды.
Fagin's theorem is the oldest result of descriptive complexity theory, a branch of computational complexity theory that characterizes complexity classes in terms of logic based descriptions of their problems rather than by the behavior of algorithms for solving those problems. The theorem states that the set of all properties expressible in existential second order logic is precisely the complexity class NP. It was proven by Ronald Fagin in 1973 in his doctoral thesis, and appears in his 1974 paper. The arity required by the second order formula was improved (in one direction) by James Lynch in 1981, and several results of Étienne Grandjean have provided tighter bounds on nondeterministic random access machines.
Дәлел
Фагиннің 1974 жылғы мақаласына қоса, 1999 жылғы Иммерманның оқулығы теореманың толыққанды дәлелін ұсынады. Барлық экзистенциалдық білікті айнымалылардың мәнін белгісіздікпен таңдап, әрбір экзистенциалдық екінші реттік формуланы NP-де тануға болатынын көрсету оңай, сондықтан дәлелдің басты бөлігі – NP-дегі әрбір тілді экзистенциалдық екінші реттік формуламен сипаттауға болатынын көрсету болып табылады. Мұны істеу үшін, екінші реттік экзистенциалдық кванторларды пайдаланып, есептеу кестесін кездейсоқ түрде таңдауға болады. Егжей-тегжейлі айтқанда, детерминистік емес Тьюринг машинасының орындалу іздерінің әрбір уақыт қадамы үшін бұл кесте Тьюринг машинасының күйін, таспадағы орнын, әрбір таспа жасушасының мазмұнын және машинаның сол қадамда қандай белгісіз таңдау жасағанын кодтайды. Бірінші реттік формула осы кодталған ақпаратты жарамды орындалу іздерін сипаттау үшін шектей алады, яғни таспа мазмұны, Тьюринг машинасының күйі және әрбір уақыт қадамындағы орны алдыңғы уақыт қадамынан туындайды. Дәлелдемеде қолданылатын маңызды лемма – ұзындығы бар сызықтық реттілікті (мысалы, уақыт қадамдарының және кез келген уақыт қадамындағы таспа мазмұнының сызықтық реттілігін) өлшемді әлемдегі арийлік қатынас ретінде кодтауға болатыны. Мұны іске асырудың бір жолы – сызықтық реттілікті таңдап, содан кейін оны анықтау.