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¿Puede un problema ser simultáneamente tiempo polinómico e indecidible?

El Robertson-Seymour teorema sobre la gráfica de los menores de edad conduce a interesantes interrogantes.

El teorema establece que ningún menor de edad-cerrado clase de gráficos puede ser descrito por un número finito de excluidos los menores de edad. Como pruebas para detectar la presencia de cualquier menor de edad puede ser hecho en metros tiempo (aunque con constantes astronómicas) esto implica que no existe un polinomio tiempo algoritmo de prueba de membresía en cualquier menor de edad-cerrado clase de gráficos. Por tanto, parece razonable que el problema debe de ser considerado en P.

Sin embargo, el RS teoría no nos da incluso la más remota idea de cómo determinar la garantizados-conjunto finito de excluidos los menores de edad, y hasta que los tienen en la mano, no puede tener cualquier algoritmo de cualquier tipo. Peor aún, no se conoce ningún algoritmo para encontrar la exclusión de los menores de edad e incluso si usted tiene una gran lista de ellos, no hay manera que yo conozco para comprobar que la lista es completa. De hecho, podría tal vez ser en realidad indecidible para encontrar la lista de excluidos los menores de edad?

Así que, ¿tiene sentido para ver un problema como el de ser al mismo tiempo polinomio de tiempo y indecidible? Parece un poco extraño para mí (que no es un experto en particular en complejidad), pero tal vez es bastante rutinario?

71voto

thedeeno Puntos 12553

Considere el siguiente ejemplo simplificado de un mismo fenómeno, que a muchos estudiantes a encontrar una aclaración.

Deje $f(n)=1$, si no se $n$ consecutivo $7$s en la expansión decimal de $\pi$, y de lo contrario,$f(n)=0$. Es esta función computable?

Un ingenuo intento de calcular $f(n)$ simplemente proceder a la búsqueda $\pi$ para $n$ consecutivo $7$s. Si la encuentra, el algoritmo de salidas $1$, pero de otra manera....y, a continuación, el algoritmo ingenuo no parece saber cuando a la salida de $0$, y para que los estudiantes a veces esperar que $f$ no es computable.

Pero, en realidad, $f$ es una función computable. Si sucede que hay arbitrariamente largas secuencias de $7$s en la expansión decimal de $\pi$, una pregunta abierta, a continuación, $f$ es la constante de $1$ función, que sin duda es computable. De lo contrario, hay alguna secuencia más larga de $7$s en $\pi$, que tienen una longitud de $N$, y por lo $f$ es la función que se $1$ a a $N$ y, a continuación, $0$ sobre $N$. Y además, esta función es computable, por $N$.

Por lo que la situación es que hemos demostrado que la $f$ es computable mediante la exhibición de varios algoritmos, y demostrando que $f$ es, sin duda calculada por uno de ellos, pero no sabemos cuál. (De hecho, $f$ es el tiempo lineal computable.) Así hemos demostrado que $f$ es una función computable, pero por una existencia pura prueba de que simplemente muestra que hay un algoritmo de computación $f$, sin que explícitamente se exhibe.

Parece ser el mismo fenómeno en su caso, donde se tiene una función computable, pero usted no sabe el algoritmo que calcula la misma.


Además. Permítanme tratar de dirección de Thierry Zell la preocupación acerca de la tercera pregunta. A mi modo de ver, el fenómeno de la la pregunta es un ejemplo del problema de la uniformidad de algoritmos, un penetrante considera problema en la teoría de la computabilidad.

Para ilustrar esto, considere la cuestión de si una determinada programa de $p$ se detiene en la entrada de $0$ antes de que otro programa $q$. Deje $f_p(q)=1$ si lo hace y de lo contrario,$f_p(q)=0$. Cada la función $f_p$ es computable, por razones similares a mi $\pi$ función de $f$ arriba, desde cualquiera de las $p$ no parar en la entrada de $0$, en cuyo caso $f_p$ es idéntica $0$ o $p$ hace detener en $N$ pasos, en el que caso de que necesitemos sólo ejecute $q$ para $N$ pasos para ver si se detiene, y dar a nuestros salida para $f_p(q)$ por el momento. Para cada una de las $f_p$ es un computable de la función. Pero la función de las articulaciones $f(p,q)=f_p(q)$, una función binaria, es no computable (si se fueron, entonces podemos resolver la suspensión problema: decidir si $p$ se detiene en la entrada de $0$, el diseño de un programa de $q$ que tomar un paso extra después de un parón, y pregunte si $p$ detiene antes de $q$).

En otras palabras, la función de $f(p,q)$ es computable para ningún fijo $p$, pero no de manera uniforme en $p$. Y tal uniformidad los problemas son omnipresentes en la teoría de la computabilidad.

En el ejemplo de la pregunta, cada clase de gráficos decidable, pero no de manera uniforme de modo que, ya por Tony respuesta no hay uniforme algoritmo que, dada una descripción de la clase, para buscar la colección de excluidos los menores de edad. Pero para cualquier fijo de la clase, la pertenencia pregunta es decidable.

La cuestión de si un determinado algoritmo es uniforme en un dado parámetro es un tipo muy común de preocupación en la computabilidad la teoría, y se produce durante todo el tema.

28voto

Zach Burlingame Puntos 7232

Como otros han mencionado, la respuesta a tu pregunta del título es, estrictamente hablando, no. Con respecto a tus otras preguntas, se ha demostrado que es indecidible para calcular la exclusión de los menores de edad de un menor de edad-cerrado clase $\mathcal{C}$, a menos que $\mathcal{C}$ se presenta en una tonta manera. Por supuesto, hay no es una paradoja, porque esto no implica que el problema de determinar si un gráfico de entrada de $G$ es de $\mathcal{C}$ es indecidible. De hecho, como usted menciona por el Robertson-Seymour teoría, este segundo problema no es sólo decidable, pero es en P.

Supongo que debería cuantificar lo que me refiero, no tonto representaciones de menores-cerrado a las familias. Los becarios y Langston demostrado que si el menor de edad-cerrado clase $\mathcal{C}$ está dado por una máquina de Turing $M$, entonces es indecidible para calcular un excluidos de menor importancia de la caracterización de $\mathcal{C}$. Courcelle, Downey, y los Becarios demostrado que si $\mathcal{C}$ es dado en cambio por un monádico de segundo orden de la fórmula de la lógica $\phi$, entonces también es indecidible para calcular un excluidos de menor importancia de la caracterización de $\mathcal{C}$.

Los resultados son positivos para ciertas menor-cerrado a las familias. Por ejemplo, este papel por Adler, Grohe, y Kreutzer muestra que para cualquier fija $k$, se puede calcular la exclusión de los menores de edad para la clase de los grafos de árboles de ancho en la mayoría de las $k$. Para el undecidability resultados que he mencionado anteriormente, las referencias son:

M. R. Becarios y M. A. Langston. En la búsqueda, la decisión y la eficiencia del polinomio algoritmos en tiempo (extended abstract). En Actas del 21 de ACM Simposio sobre Teoría de la Informática, páginas 501-512, 1989.

B. Courcelle, R. G. Downey, y M. R. Becarios. Una nota sobre la computabilidad de gráfico de menor obstrucción fija para monádico de segundo orden ideales. Journal of Universal Computer Science, 3:1194-1198, 1997.

16voto

Jeroen Dirks Puntos 2515

Por supuesto, cada problema en P es decidable por definición de P. Esto fue mencionado en las respuestas anteriores.

Pero hay otro problema que no ha sido abordado aún:
evidentemente, usted está buscando un algoritmo que toma como entrada una clase cerrada bajo los menores de edad y de un número finito de gráfico y decide si procede o no la finitos gráfico está en la clase.
O usted está buscando para un algoritmo que toma una clase cerrada bajo los menores de edad y se produce un polinomio tiempo algoritmo que decide la pertenencia a la clase.

Aquí está el problema: ¿Cómo se presenta una clase de gráficos cerrado en virtud de los menores de edad? A priori, no está claro que cada clase de gráficos que es cerrado bajo los menores de edad (generalmente una clase que contiene los gráficos de infinidad de clases de isomorfismo) tiene una razonable representación como un objeto finito (que puede ser tratada a través de algoritmos) a todos. Por finito representación me refiero a una fórmula que define la clase de una manera o de otra, o algo similar.

Ahora, el gráfico de menor teorema nos da una buena representación de cada clase: Sólo la lista de el conjunto finito de prohibido que los menores de edad. Si este es su representación de la clase, entonces usted obtener su polinomio tiempo algoritmo que decide la pertenencia de la clase.

Si usted coloca en otra representación (y tienes que venir para arriba con algunas manera uniforme para describir la clase de objetos limitados a ser capaz de decir cualquier cosa a través de algoritmos en todo, yo creo), puede que no sea posible encontrar un algoritmo que calcula el un número finito de prohibido a los menores de la representación de la clase.

9voto

KTC Puntos 6022

Donald Knuth hecho una predicción en una encuesta ( http://www.cs.umd.edu/~gasarch/papers/encuesta.pdf ) acerca de cuando P vs NP sería resuelto:

Va a ser resuelto por cualquiera de 2048, o 4096. Actualmente estoy un poco pesimista. El resultado será el realmente peor de los casos, a saber: que alguien va a demostrar "que P=NP, porque no son sólo un número finito de obstrucciones la hipótesis contraria"; por lo tanto, no existe una solución en tiempo polinomial a SAT, pero nunca sabremos su la complejidad!

3voto

BradS Puntos 1887

Un problema está en P si es decidible en tiempo polinómico . Entonces, si es indecidible, no está en P ni en NP. Ni siquiera es recursivo. Ver http://en.wikipedia.org/wiki/Complexity_class .

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