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低通信叶子门的德摩根公式的算法与下界

计算复杂性 2020-02-21 v1

摘要

FORMULA[s]GFORMULA[s] \circ \mathcal{G} 由大小为 ss 的德摩根公式可计算的布尔函数组成,其叶子取自类 G\mathcal{G} 的任意布尔函数。我们对 FORMULA[n1.99]GFORMULA[n^{1.99}]\circ \mathcal{G} 给出下界以及(SAT、学习与PRG)算法,其中 G\mathcal{G} 为具有低通信复杂度的函数类。令 R(k)(G)R^{(k)}(\mathcal{G})G\mathcal{G} 的最大 kk 方NOF随机通信复杂度。我们证明:(1) 广义内积函数 GIPnkGIP^k_n 在超过 1/2+ε1/2+\varepsilon 比例的输入上不能被 FORMULA[s]GFORMULA[s]\circ \mathcal{G} 计算,其中 s=o ⁣(n2(k4kR(k)(G)log(n/ε)log(1/ε))2). s = o \! \left ( \frac{n^2}{ \left(k \cdot 4^k \cdot {R}^{(k)}(\mathcal{G}) \cdot \log (n/\varepsilon) \cdot \log(1/\varepsilon) \right)^{2}} \right). 作为推论,我们得到 GIPnkGIP^k_n 针对 FORMULA[n1.99]PTFk1FORMULA[n^{1.99}]\circ PTF^{k-1} 的平均情况下界。(2) 存在一个种子长度为 n/2+O(sR(2)(G)log(s/ε)log(1/ε))n/2 + O\left(\sqrt{s} \cdot R^{(2)}(\mathcal{G}) \cdot\log(s/\varepsilon) \cdot \log (1/\varepsilon) \right) 的PRG,可 ε\varepsilon-愚弄 FORMULA[s]GFORMULA[s] \circ \mathcal{G}。对 FORMULA[s]LTFFORMULA[s] \circ LTF,我们得到更优的种子长度 O(n1/2s1/4log(n)log(n/ε))O\left(n^{1/2}\cdot s^{1/4}\cdot \log(n)\cdot \log(n/\varepsilon)\right)。这给出了在 ε1/n\varepsilon \leq 1/n 情形下 nn 个半空间交集的第一个非平凡PRG(种子长度 o(n)o(n))。(3) 存在一个随机的 2nt2^{n-t} 时间 #\#SAT 算法用于 FORMULA[s]GFORMULA[s] \circ \mathcal{G},其中 t=Ω(nslog2(s)R(2)(G))1/2.t=\Omega\left(\frac{n}{\sqrt{s}\cdot\log^2(s)\cdot R^{(2)}(\mathcal{G})}\right)^{1/2}. 特别地,这蕴含了针对 FORMULA[n1.99]LTFFORMULA[n^{1.99}]\circ LTF 的非平凡#SAT算法。(4) 最小电路规模问题不在 FORMULA[n1.99]XORFORMULA[n^{1.99}]\circ XOR 中。在算法方面,我们证明 FORMULA[n1.99]XORFORMULA[n^{1.99}] \circ XOR 可在时间 2O(n/logn)2^{O(n/\log n)} 内被PAC学习。

关键词

引用

@article{arxiv.2002.08533,
  title  = {Algorithms and Lower Bounds for de Morgan Formulas of Low-Communication Leaf Gates},
  author = {Valentine Kabanets and Sajin Koroth and Zhenjian Lu and Dimitrios Myrisiotis and Igor Oliveira},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2002.08533},
  year   = {2020}
}