Prueba del teorema de Karp-Lipton


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Estoy tratando de entender la prueba del teorema de Karp-Lipton como se afirma en el libro "Complejidad computacional: un enfoque moderno" (2009).

En particular, este libro establece lo siguiente:

Teorema de Karp-Lipton

Si NP , entonces PH .P p o l y Ppoly =Σ2p

Prueba: según el teorema 5.4, para mostrar PH , es suficiente mostrar que y en particular es suficiente para mostrar que contiene el -completo idioma SAT. Π p 2Σ p 2 Σ p 2 Π p 2 Π 2=Σ2pagΠ2pagΣ2pagΣ2pagΠ2pagΠ2

El teorema 5.4 establece que

para cada , si entonces PH = . Es decir, la jerarquía colapsa al nivel i-ésimo.Σ p i = Π p iyo1Σyopag=ΠyopagΣyopag

No entiendo cómo implica . Σ p 2 = Π p 2Π2pagΣ2pagΣ2pag=Π2pag

Como una pregunta más general: ¿esto vale para cada , es decir, implica para todo ?Π p iΣ p i Σ p i = Π pyoΠyopagΣyopag i1Σyopag=Πyopagyo1


Después de un tiempo, si no recuerdo mal, llegamos a una vaga explicación: "Si , entonces podemos transformar una fórmula con cuantificadores en una con cuantificadores , que podemos usar para transformar una fórmula de de la forma a una de las formas , que lo coloca en , que colapsa la jerarquía. No estoy seguro de entender este argumento por completo.. . . . . . Σ p 3. . . . . . . . . . . . Σ p 2Π2pagΣ2pag......Σ3pag............Σ2pag
WardL

Otra sugerencia / idea, los enunciados matemáticos cambian entre inclusión de subconjuntos e igualdad (admitir que esto es común en la teoría de la complejidad) ¿Hay alguna manera de apegarse a / stdize / reformular en uno u otro? fyi Karp-Lipton thm / wikipedia
vzn

Respuestas:


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Recuerde que iff . Supongamos ahora que , y deje . Entonces y así por suposición, lo que implica que . En otras palabras, , y entonces .ˉ LΠ p i Σ p iΠ p i L Π p i ˉ LΣ p i ˉ LΠ p i L Σ p i Π p iΣ p i Σ p i = Π p iLΣyopagL¯ΠyopagΣyopagΠyopagLΠyopagL¯ΣyopagL¯ΠyopagLΣyopagΠyopagΣyopagΣyopag=Πyopag

He aquí por qué iff ˉ LΠ p i . Para concreción, tomamos i = 3 . Por definición, L Σ T x L | y | < | x | O ( 1 )| z | < | x | O ( 1 )| w | < | x | O ( 1 ) T ( x , y , z , w ) . ˉ LΠLΣyopagL¯Πyopagyo=3 si para algún predicado de tiempo P, De manera similar,if para algún predicado de tiempo P, LΣ3pagT

XLEl |yEl |<El |XEl |O(1)El |zEl |<El |XEl |O(1)El |wEl |<El |XEl |O(1)T(X,y,z,w).
Sx ˉ L| y| <|L¯Π3pagS
XL¯El |yEl |<El |XEl |O(1)El |zEl |<El |XEl |O(1)El |wEl |<El |XEl |O(1)S(X,y,z,w).
Sin embargo, estas dos declaraciones son equivalentes, como lo demuestra una simple invocación de las leyes de De Morgan, junto con el hecho de que P está cerrado bajo complementación (tome ).S=¬T
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