Esiste · per ogni · esiste
La gerarchia polinomiale, un piano alla volta
Parti da NP: «esiste una soluzione verificabile». Ogni nuovo livello aggiunge un'alternanza tra «esiste» e «per ogni».
1. Aggiungi un’alternanza
Partendo da :
Esiste un assegnamento che rende vera la formula?
Un solo blocco esistenziale: basta trovare un certificato. Cambiando in ottieni la famiglia complementare.
Esempio: →Conta i blocchi alternati, non le variabili. è un solo blocco. PH raccoglie tutti i livelli finiti; .
2. Prova con i quantificatori
Scegli un esercizio: prima costruisci il prefisso, poi valuta una formula.
Costruisci un prefisso e trova il livello
2 blocchi alternati, il primo è : la classe è . Una macchina che lo decide: nondeterministica polinomiale con oracolo .
è completo per questa classe.
Valuta una QBF: è OR, è AND
Prova a prevederlo: la formula è vera o falsa?
Prefisso con 2 blocchi, il primo : è un'istanza di , che sta in . Formula da: appunti Lez. 9 §3.
3. Collega i livelli
Che cosa significa ? E dove sta DP?
: tempo polinomiale deterministico con un oracolo del piano sotto. Al piano 1 ; al piano 2 . Non ha quantificatori suoi: sta tra due piani.
- : una domanda all'oracolo, e si copia la risposta.
- : una domanda sul complemento, e si inverte la risposta.
- : stesso oracolo; una macchina deterministica è una nondeterministica che non usa le scelte.
- : è chiusa per complemento, quindi se anche .
DP sta sotto : bastano due domande all'oracolo, una per la parte NP e una per la parte coNP. Non è un piano autonomo della gerarchia.
Esempio (F07): SAT-UNSAT si riduce a ? SÌ: , e è -completo.
La scheda sintetica di DP →Torre completa e ipotesi di collasso
Nessuna di queste uguaglianze è dimostrata, e nessuna inclusione della torre è dimostrata stretta. Scegli un'ipotesi per vedere fin dove crollerebbe la torre.
Come riconoscere un collasso
Se per un , allora : i livelli superiori non aggiungono potenza (Teorema 17.9).
Il controllo deterministico basta per tutti i livelli.
Collassa al primo livello; non implica da solo .
Se un problema completo per un livello superiore entra in un livello inferiore, scrivi prima l'inclusione che ne segue. Poi cerca l'uguaglianza .
Cerca i teoremi sul collasso →Riduzioni tra problemi dei livelli
Gli esercizi della dispensa (cap. 17.2.1):
Non si sa; esisterebbe solo se PH collassa al piano 2: contiene sia sia (perché ); se fosse , anche l'altro lato del piano 2 starebbe in , quindi (Teorema 17.9).
Regola usata: se A è completo per X e B per Y, A si riduce a B esattamente quando , perché le classi sono chiuse per riduzioni.
Verifica nelle tracce: 26 domande su PH
non è strettamente contenuto in 3-EXP? (F06)
? (F07)
? (E26)
? (G16)
È falso che ? (G16)
È falso che ? (L18)
? (L18)
? (F07)
È vero che non appartiene a ? (F14)
? (SE23)
Supponiamo . È vero che PRIMES non è EXP-hard? (F01)
TSP(D) è -hard? (F14)
È vero che non è coNP-hard? (G16)
2-COL è PH-hard? (MA23)
è -hard? (GE23)
EXACT TSP è -hard? (GE23)
Supponiamo . MAX FLOW è PH-completo? (G16)
Se , PH collassa a un livello finito? (L18)
Supponiamo . ? (SE23)
Supponiamo . non è strettamente contenuto in ? (F06)
Supponiamo . ? (F07)
Supponete che non sia PH-hard. ? (F02)
Supponiamo . È vero che non esistono riduzioni da a ? (F13)
Supponiamo VALIDITY riducibile a TSP(D). È vero che EXACT TSP non è -completo? (F14)
Assumiamo . È vero che PRIMES non è NPSPACE-hard? (E26)
Supponiamo . ? (FE23)
Fonti: dispensa cap. 16–17; slide Lez. 9; appunti Lez. 9 e 11.