# конспект · шаг 1 из 1
Конспект раздела: что вообще вычислимо
Одна мысль на весь раздел
У вычислений есть границы, и они разного рода. Одни - о памяти модели: автомат не считает, стек не
сравнивает три количества. Другие - о самой возможности: на вопрос об останове не отвечает ни одна
программа. Третьи - о цене: задача решается, но, по всей видимости, не быстро. Первые два рода границ
доказаны. Третий стоит на одном недоказанном предположении, P ≠ NP, и на тысячах задач, которые к нему
привязаны.
род границы что утверждается чем доказано
слабость модели язык не принимает ни одна повтор: начал больше,
машина этого вида чем состояний
неразрешимость алгоритма нет диагональ:
при любом времени программа против себя
трудность алгоритма нет не доказано; доказана
за полиномиальное время равносильность тысяч
задач одной
запас ресурса больше времени или памяти - диагональ с будильником
больше задач
Как части связаны
конечный автомат регулярные языки; aⁿbⁿ не принимает
│ + стек равенство разрешимо (обход пар состояний)
▼
магазинный автомат КС-языки; aⁿbⁿcⁿ не принимает
│ + лента равенство неразрешимо (сводится задача Поста)
▼
машина Тьюринга всё вычислимое; дальше модели не усиливаются
│ программа = данные: универсальная машина
▼
третий исход: не остановиться
│
▼
диагональ ──┬──► проблема останова неразрешима
│ └─► сведения: домино Поста, уравнения в целых
│ числах, однозначность грамматик
├──► теорема Райса: поведение программ не проверить точно
└──► иерархии: P ≠ EXP, L ≠ PSPACE
время: P ────────► NP ────────► NP-полные: SAT → 3-SAT →
решить проверить независимое множество → …
сведение: «не труднее»
память: L ⊆ NL ⊆ P ⊆ NP ⊆ PSPACE ⊆ EXP память возвращается,
время нет
кванты: P ⊆ BQP ⊆ PSPACE период: без кванта полином неизвестен;
поиск - корень
Что выбрать
задача инструмент
формат без вложенности автомат, регулярное выражение;
движок без возвратов
вложенность, выражения грамматика, рекурсивный спуск
согласование трёх мест, программа: проход после разбора
имён, копий
«равны ли два автомата» обход пар состояний - точный ответ
«остановится ли», точного ответа нет: надёжный анализатор
«делает ли программа X» с ложными тревогами или предел времени
задача из каталога NP-полных малые входы - перебор; малые числа -
таблица; особая структура - частный
алгоритм; иначе - раздел 22
игра, «для любого ответа перебор с отсечениями;
противника» короткий сертификат неизвестен
данные не помещаются в память указатели, счётчики,
случайное блуждание
шифр со сроком тайны постквантовые алгоритмы;
больше десяти лет симметричным - длинный ключ
Числа раздела, которые стоит помнить
k-й символ с конца: НКА k + 1 состояние, ДКА 2ᵏ
(a+)+b на 24 буквах - секунда, дальше вдвое
CYK: 21 824 проверки на 32 скобках; стек - 32 шага
деревьев разбора: 1 2 5 14 42 132 429
машина для aⁿbⁿcⁿ: 23 77 281 1073 4193 шага
BB: 1 6 21 107 47 176 870
2ⁿ при миллиарде (≈ 2³⁰) операций в секунду: n = 40 - 17 минут;
60 - 34 года; 80 - 35 миллионов лет
простых путей в решётке: 2 12 184 8512
таблица сумм: числа × 4 - работа × 4
Гровер: 64 варианта - 6 шагов; (π/4) · √N
Шор: 15 = 3 · 5 через период 4
Границы, общие для всех результатов
всё здесь - про худший случай конкретный вход трудной задачи
бывает лёгким
«нет алгоритма» - только для для отдельной программы, набора
общего случая костей, формулы ответ находится
рассуждением или перебором
направление сведения известная трудная задача сводится
К новой, не наоборот
длина входа - биты записи время от величины числа -
псевдополином
модель не меняет вычислимого ленты, стеки, кванты меняют
только скорость
недоказанное называется P ≠ NP, NP ≠ PSPACE, «NP не в BQP» -
недоказанным ожидания, а не теоремы
Ловушки джокера
Разбирал вложенную структуру регулярным выражением. Работает до глубины, на которую рассчитано.
Принял «не остановилась» за «нет». Третий исход - не ответ.
Заменил «не знаю» на «нет» по тайм-ауту. Ошибка случится там, где проверка была нужнее всего.
Свёл не в ту сторону. К трудной задаче сводится всё; трудность доказывает обратное сведение.
Прочитал NP как «неполиномиальные». В NP лежит и сортировка.
Назвал NP-полную задачу неразрешимой. Она решается перебором; открыт только вопрос о скорости.
Посчитал время от величины числа. Таблица на n · S клеток - экспонента от длины записи S.
Пообещал трудную задачу по аналогии с лёгкой. Три вместо двух, максимум вместо минимума.
Перенёс теорему о памяти на время. Память используется повторно, время нет.
Счёл квантовый компьютер перебором всех вариантов сразу. Измерение даёт один исход.
Как меняется модель вычислений
| Задача | Инструмент | Условие или граница |
|---|---|---|
| Состояния и самоописание | Минимизация ДКА, теорема о рекурсии | Различимость состояний и тотальность преобразования проверяются отдельно. |
| Случайность | BPP, RP, coRP, ZPP | Различай направление ошибки и ожидаемое время. |
| Совет и взаимодействие | P/poly и IP | Неравномерное семейство схем не обязано иметь эффективный генератор; IP=PSPACE. |
| Пространство и чередование | NL=coNL, AP=PSPACE | Время альтернирования считается по длине ветви, не по всему дереву. |
| Сходные названия задач | Изоморфизм, упаковка, надстрока | Точно определи сертификат и постановку перед переносом оценки. |
Проверь, что можешь объяснить
Почему ни один конечный автомат не принимает aⁿbⁿ и чем этот довод похож на довод про aⁿbⁿcⁿ? Что
значит «модель вычислений не меняет вычислимого»? Как устроена программа, которая делает наоборот, и
почему её нельзя обойти более умной проверкой? Чем сертификат отличается от решения и почему у ответа
«нет» его может не быть? Какие два шага доказывают NP-полноту? Почему NP ⊆ PSPACE? Что из границ
раздела сдвигает квантовая машина и что оставляет на месте?
Комментарии
Пока нет комментариев. Будь первым!
Оставить комментарий