Кіріспе
Күрделілік класы
Есептеу күрделілігі теориясында TFNP күрделілік класы – бұл толық функциялы проблемалардың класы, оларды детерминистік емес полиномиал уақытында шешуге болады. Яғни, бұл функциялық проблемалардың жауабы бар екеніне кепілдік беріледі және бұл жауап полиномиал уақытында тексеріледі, немесе эквивалентті түрде, бұл FNP-нің шешімі бар екеніне кепілдік берілген ішкі жиыны болып табылады. TFNP аббревиатурасы "Толық функциялық детерминистік емес полином" дегенді білдіреді. TFNP-де компьютерлік ғалымдарды қызықтыратын көптеген табиғи проблемалар бар. Осы проблемалардың ішінде бүтін сандарды жіктеу, ойынның Нэш тепе-теңдігін табу және жергілікті экстремумдарды іздеу кіреді. TFNP-де есептеу жағынан шешілмейтін проблемалар бар деген кең пікір бар, және мұндай кейбір проблемалар криптографиялық болжамдарға сүйене отырып қиын екені көрсетілген. Дегенмен, TFNP проблемаларының шартсыз шешілмейтіндігін көрсететін немесе NP-нің қиындығын көрсететін нәтижелер жоқ. TFNP-де толық проблемалардың жоқ деп саналады.
In computational complexity theory, the complexity class TFNP is the class of total function problems which can be solved in nondeterministic polynomial time. That is, it is the class of function problems that are guaranteed to have an answer, and this answer can be checked in polynomial time, or equivalently it is the subset of FNP where a solution is guaranteed to exist. The abbreviation TFNP stands for "Total Function Nondeterministic Polynomial". TFNP contains many natural problems that are of interest to computer scientists. These problems include integer factorization, finding a Nash Equilibrium of a game, and searching for local optima. TFNP is widely conjectured to contain problems that are computationally intractable, and several such problems have been shown to be hard under cryptographic assumptions. However, there are no known unconditional intractability results or results showing NP hardness of TFNP problems. TFNP is not believed to have any complete problems.
Ресми анықтама
TFNP класы ресми түрде былай анықталады. Екілік қатынас P(x, y) TFNP класына жатады, егер және тек қана егер x және y берілген жағдайда, P(x, y) орындалатынын анықтайтын полиномдық уақыттағы детерминистік алгоритм болса, және әрбір x үшін, P(x, y) орындалатын, x-тен полиномдық дәрежеде ғана ұзын y болса. Оны алғаш рет 1989 жылы Мегиддо және Пападимитриу анықтады, бірақ TFNP проблемалары мен TFNP-нің кіші кластары одан бұрын анықталып, зерттелген.
Кәккүріштік принцип проблемасы
Кіріс: n+1 нысаннан n нысанға полиномдық түрде есептелетін f функциясы. Сұрақ: f(a) = f(b) болатын a және b екі нысанын табыңыз. x функция болсын, ал y оның анықталу облысындағы екі нысаннан тұратын жұп болсын. P(x, y) екілік қатынасы "y жұбындағы екі нысанның x функциясы бойынша бейнелері тең" дегенді білдіреді, және функция полиномдық түрде есептелетіндіктен, бұл қатынас полиномдық түрде шешіледі. Бұған қоса, кез келген функция үшін мұндай жұп y міндетті түрде болуы керек, себебі бұл қанағаттандырылмағандық принципімен байланысты.
F ((NP coNP)
Күрделілік класын екі әртүрлі жолмен анықтауға болады, және осы жолдардың эквивалентті екені белгісіз. Бір жолы F машина моделіне қолданылады. Бұл анықтама бойынша TFNP-мен сәйкес екені мәлім.
PPAD
PPAD (Polynomial time Parity Argument, Directed) – бұл PPA-ның шешімдері бағытталған қол ұстасу леммасының нұсқасымен кепілдендірілген проблемаларға шектеу. Ол көбінесе сызықтың соңына полиномиалдық уақытта келтірілетін проблемалар жиынтығы ретінде анықталады: n кіріс және шығыс биттері бар S және P схемалары берілген, мұнда 1=S(0) ≠ 0 және 1=P(0) = 0, x-ті 1=P(S(x)) ≠ x немесе 1=x ≠ 0 және 1=S(P(x)) ≠ x болатындай табыңыз. PPAD, PPA және PPP қиылысында орналасады және CLS-ті қамтиды. Мұндағы анықтамада S схемасы сызықтың әрбір нүктесін оның ізбасарына немесе нүкте тұнба болса, өзіне жібереді. Сол сияқты P схемасы әрбір нүктені оның алдынбасарына немесе нүкте көз болса, өзіне жібереді. Барлық сызықтардан тыс нүктелер P және S схемалары бойынша өзгермейтін болып анықталады (яғни, кез келген оқшауланған нүктелер графиктен алынып тасталады). Одан кейін 1=P(S(x)) ≠ x шарты сызықтың соңы, яғни S(x) = S(y) басқа y нүктесі үшін анықтайды; ал 1=S(P(x)) ≠ x шарты сызықтың басын анықтайды (біз 0 көз деп есептейміз, сондықтан бұл жағдайда шешім нөлден өзге болуы керек).
Given circuits S and P with n input and output bits 1=S(0) \ne 0 and 1=P(0) = 0, find x such that 1=P(S(x)) \ne x or 1=x \ne 0 such that 1=S(P(x)) \ne x.
PPAD is in the intersection of PPA and PPP, and it contains CLS. Here, the circuit S in the definition sends each point of the line to its successor, or to itself if the point is a sink. Likewise P sends each point of the line to its predecessor, or to itself if the point is a source. Points outside of all lines are identified by being fixed under both P and S (in other words, any isolated points are removed from the graph). Then the condition 1=P(S(x)) \ne x defines the end of a line, which is either a sink or is such that S(x) = S(y) for some other point y; similarly the condition 1=S(P(x)) \ne x defines the beginning of a line (since we assume that 0 is a source, we require the solution be nonzero in this case).
CLS
Үздіксіз жергілікті іздеу (CLS) – үздіксіз домендегі үздіксіз функцияның жергілікті оптималдық нүктесін табу процесін модельдеуге арналған іздеу мәселелерінің класы. Ол үздіксіз жергілікті нүкте мәселесіне полиномиялық уақытта келтірілетін мәселелер класы ретінде анықталады: екі Липшиц үздіксіз функциясы S және C, сондай-ақ ε және λ параметрлері берілген жағдайда, C-ға қатысты S-тің ε шамасындағы тұрақты нүктесін табу немесе C немесе S-тің λ үздіксіздігін бұзатын екі нүктені анықтау керек. Бұл класты алғаш рет 2011 жылы Даскалакис және Пападимитрио анықтаған. Ол PPAD және PLS қиылысында орналасқан, ал 2020 жылы бұл қиын деп саналатын көптеген қызықты мәселелерді қамтитын салыстырмалы түрде қарапайым оптимизациялық мәселелер класы ретінде жасалғандығы дәлелденді. CLS үшін толық мәселелердің мысалдары: ε KKT нүктесін табу, ε Банах тұрақты нүктесін табу және Meta Metric Contraction мәселесі.
Given two Lipschitz continuous functions S and C and parameters ε and λ, find an ε approximate fixed point of S with respect to C or two points that violate the λ continuity of C or S.
This class was first defined by Daskalakis and Papadimitriou in 2011. It is contained in the intersection of PPAD and PLS, and in 2020 it has been proven that It was designed to be a class of relatively simple optimization problems that still contains many interesting problems that are believed to be hard. Complete problems for CLS are for example finding an ε KKT point, finding an ε Banach fixed point and the Meta Metric Contraction problem.
EOPL және UEOPL
EOPL және UEOPL (ол "потенциалдық желінің соңы" және "потенциалдық желінің бірегей соңы" дегенді білдіреді) 2020 жылы енгізілді. UEOPL-дің толыққанды мәселелері – потенциалдық желінің бірегей соңы, оның кейбір түрлері шығындары дәл 1-ге артатын немесе P тізбегі жоқ мысалдары, сондай-ақ бір өрнекті дискретті қысқарту. EOPL, UEOPL-дегі мәселелер сияқты іздеу мәселелерін қамтиды, бірақ бірнеше желілерге рұқсат етіледі және кез келген желінің соңы ізделеді. Қазіргі таңдағыда EOPL-де болғанымен, UEOPL-де жоқ мәселелер белгілі емес. EOPL – CLS класының кіші класы, олардың тең немесе тең емес екендігі әлі белгісіз. UEOPL EOPL-дің ішінде қарапайым түрде орналасқан.
FP
FP (complexity) ("Функциялы полином" дегенді білдіреді) – детерминистік полиномдық уақытта шешілетін функциялық есептер класы. Бұл енгізу қатаң екені болжанады. Бұл класс есептеу тұрғысынан шешілетін (көмекші құралдарсыз) функциялық есептер класын көрсетеді. Егер TFNP = FP болса, онда 1 = P = NP ∩ coNP, бұл 1 = TFNP = F(NP ∩ coNP) деген фактіге сәйкес келуі керек. Дегенмен, жалпы алғанда TFNP ≠ FP деп болжанады.