Введение 3
Постановка задачи 4
1. Обзорный раздел 5
1.1. Мотивация 5
1.2. Результаты 6
1.3. Методы 7
1.4. Ранние работы 7
2. Основные понятие 8
2.1. Вычисление булевой функции с помощью КНФ 8
2.2. Функция четности 8
2.3. Кодировка булевой функции с помощью КНФ 9
2.4. Булева схема и преобразование Цейтина 10
2.5. Схемы глубины 3 10
3. Нижние оценки на КНФ-кодировки функции четности 14
3.1. Ограниченное количество дополнительных переменных . . . 14
3.2. Ширина дизъюнктов 18
3.3. Неограниченное количество дополнительных переменных . 18
Заключение 24
Список литературы 25
Многие годы ученые в области компьютерных наук придумывают алгоритмы для ускорения решения различных задач. В теории сложности существует иерархия классов, основными представителями которой являются классы P и NP. Класс P — класс языков (задач), разрешимых на детерминированной машине Тьюринга за полиномиальное время. Класс NP — класс языков (задач), ответ на который можно проверить за полиномиальное время. Вопрос о равенстве классов P и NP — это одна из центральных открытых проблем теории алгоритмов [2]. Каноническим представителем класса NP является задача выполнимости булевой формулы в конъюктивно-нормальной форме (КНФ). Несмотря на теоретическую сложность этой задачи, современные солверы работают очень быстро. К задаче выполнимости на практике сводятся огромное количество других задач. При этом сведении размер задачи может экспоненциально увеличиться. В связи с этим, возникает вопрос минимизации количества клозов при кодировки функций в виде КНФ.
Минимальное число клозов в КНФ представлении функции четности х1 ф х2 ф • • • ф xn - это 2n-1. Можно получить более компактную КНФ- кодировку, используя дополнительные переменные. В этой работе доказаны следующие нижние оценки, которые почти совпадают с известными верхними, на число m клозов и максимальную ширину к клозов: 1) если есть не больше s дополнительны переменных, то m > Q (2n/(s+1) /п) и к > n=(s + 1); 2) минимальное число клозов - хотя бы 3n.
[1] Eric Allender, Lisa Hellerstein, Paul McCabe, Toniann Pitassi, and Michael E. Saks. Minimizing disjunctive normal form formulas and AC0 circuits given a truth table. SIAM J. Comput., 38(1):63-84, 2008. doi: 10.1137/060664537.
[2] Stephen Cook. The p versus np problem. Clay Mathematics Institute, 2, 2000.
[3] James M. Crawford, Michael Kearns, and Robert E. Schapire. The minimal disagreement parity problem as a hard satisfiability problem. Technical report, Computational Intelligence Research Laboratory and ATT Bell Labs, 1995.
[4] Judy Goldsmith, Matthew A. Levy, and Martin Mundhenk. Limited
nondeterminism. SIGACT News, 27(2):20-29, 1996. doi: 10.1145/
235767.235769.
[5] Shuichi Hirahara. A duality between depth-three formulas and approximation by depth-two. Electron. Colloquium Comput. Complex., page 92, 2017. URL: https://eccc.weizmann.ac.il/report/2017/092.
[6] Stasys Jukna. Boolean Function Complexity - Advances and Frontiers,
volume 27 of Algorithms and combinatorics. Springer, 2012. doi:
10.1007/978-3-642-24508-4.
[7] Petr Kucera, Petr Savicky, and Vojtech Vorel. A lower bound on CNF encodings of the at-most-one constraint. Theor. Comput. Sci., 762:51-73, 2019. doi: 10.1016/j.tcs.2018.09.003.
[8] William J. Masek. Some NP-complete set covering problems. Unpublished Manuscript, 1979.
[9] Hiroki Morizumi. Lower bounds for the size of nondeterministic circuits. In Dachuan Xu, Donglei Du, and Ding-Zhu Du, editors, Computing and Combinatorics -21st International Conference, COCOON 2015, Beijing, China, August 4-6, 2015, Proceedings, volume 9198 of Lecture Notes in Computer Science, pages 289-296. Springer, 2015. doi: 10.1007/978-3- 319-21398-9_23.
[10] Ramamohan Paturi, Pavel Pudiak, and Francis Zane. Satisfiability coding lemma. Chic. J. Theor. Comput. Sci., 1999, 1999. URL: http:// cjtcs.cs.uchicago.edu/articles/1999/ll/contents.htm 1.
[11] Steven David Prestwich. CNF encodings. In Armin Biere, Marijn Heule, Hans van Maaren, and Toby Walsh, editors, Handbook of Satisfiability, volume 185 of Frontiers in Artificial Intelligence and Applications, pages 75-97. IOS Press, 2009. doi: 10.3233/978-1-58603-929-5-75.
[12] Carsten Sinz. Towards an optimal CNF encoding of boolean cardinality constraints. In Peter van Beek, editor, Principles and Practice of Constraint Programming - CP 2005, 11th International Conference, CP 2005, Sitges, Spain, October 1-5, 2005, Proceedings, volume 3709 of Lecture Notes in Computer Science, pages 827-831. Springer, 2005. doi: 10.1007/ 11564751V 3.
[13] G. S. Tsejtin. On the complexity of derivation in propositional calculus. Semin. Math., V. A. Steklov Math. Inst., Leningrad 8, 115-125 (1970); translation from Zap. Nauchn. Semin. Leningr. Otd. Mat. Inst. Steklova 8, 234-259 (1968)., 1968.
[14] Leslie G. Valiant. Graph-theoretic arguments in low-level complexity. In Jozef Gruska, editor, Mathematical Foundations of Computer Science 1977, 6th Symposium, Tatranska Lomnica, Czechoslovakia, September 5-9, 1977, Proceedings, volume 53 of Lecture Notes in Computer Science, pages 162176. Springer, 1977. doi: 10.1007/3-540-08353-7_135.