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指數譜系

指数 指數譜系

在計算複雜性理論內,指數譜系是一個複雜度類的分類層級(hierarchy),以EXPTIME開始: 然後接著 ,以下雷同。 我們已知P ⊂ EXPTIME ⊂ 2-EXPTIME ⊂ 3-EXPTIME ⊂ …。跟相類似的多項式譜系不同,時間譜系理論(Time hierarchy theorem)保證了這列關係都是真子集(proper),意思是,存在語言在EXPTIME而不在P內,也存在語言在2-EXPTIME但不在EXPTIME內,以下類推。 將所有指數譜系的複雜度類作聯集,我們會得到一個大的複雜度類,名為ELEMENTARY。.

目录

  1. 7 关系: 复杂性类ELEMENTARYEXPTIME計算複雜性理論P (複雜度)時間譜系理論2-EXPTIME

  2. 複雜度類

复杂性类

在計算複雜度理論中,一個複雜度類指的是一群複雜度類似的問題的集合。一個典型的複雜度類的定義有以下--: 例如'''NP'''類就是一群可以被一非確定型圖靈機以多項式時間解決的決定型問題。而P類則是一群可以被確定型圖靈機以多項式時間解決的決定型問題。某些複雜度類是一群函式問題(Function problem)的集合,例如'''FP'''。 許多複雜度類可被描述它的數學邏輯(mathematical logic)特徵化,請見可描述的複雜度(descriptive complexity)。 而Blum公理用於不需實際計算模型就可定義複雜度類的情況。.

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ELEMENTARY

在計算複雜度理論裡面,複雜度類ELEMENTARY是所有指數譜系裡面的複雜度類聯集: 這名稱最早是為了探討可計算函數和不可判定問題,由László Kalmár所提出;most problems in it are far from elementary。Some natural recursive problems lie outside ELEMENTARY, and are thus NONELEMENTARY。相當值得注意的,有一些原始遞歸函數問題不在ELEMENTARY內。我們已知: LOWER-ELEMENTARY \subsetneq EXPTIME \subsetneq ELEMENTARY \subsetneq PR 與ELEMENTARY僅包含有限的冪(例如,O(2^))比較,PR使用的 超運算更一般化(例如,tetration),因此PR不包含於ELEMENTARY。 1,..., xn).

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EXPTIME

在計算複雜性理論裡面,EXPTIME(有時稱作EXP)這個複雜度類是一些決定型問題的集合,這些問題可以使用圖靈機在O(2p(n))的時間內解決,這裡的p(n)代表的是n的某個多項式。 用DTIME來定義,則是 我們已經知道 另外,根據時間譜系理論(time hierarchy theorem)以及空間譜系理論(space hierarchy theorem), 所以至少第一條包含關係中,前三個包含關係中的一個,以及後三個包含關係中的一個,必然是完整包含(沒有相等可能),但是我們還不知道那一個是。多數人相信這一些複雜度類全部都不相等。另外我們已知如果,則,這裡的NEXPTIME是在指數時間內可以使用非確定型圖靈機解決的問題。更精確的說,EXPTIME ≠ NEXPTIME若且唯若存在一個稀疏語言,在NP裡面且不在P內。 EXPTIME也可以用空間的方式來定義,等同於APSPACE這個複雜度類。APSPACE的意思是包含了所有可以用交替式圖靈機在多項式空間內解決的問題。這種定義方式也是一種看出PSPACE \subseteq EXPTIME的方式,因為已知交替式圖靈機至少跟確定型圖靈機計算能力一樣。 EXPTIME是指數譜系(exponential hierarchy)內的其中一個複雜度類。2-EXPTIME這個複雜度類則使用類似EXPTIME的定義方式,但是使用雙指數函數(Double exponential function)的時間限制2^。使用類似方式可以類推出更高的時間上限。.

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計算複雜性理論

计算复杂性理论(Computational complexity theory)是理论计算机科学和数学的一个分支,它致力于将可计算问题根据它们本身的复杂性分类,以及将这些类别联系起来。一个可计算问题被认为是一个原则上可以用计算机解决的问题,亦即这个问题可以用一系列机械的数学步骤解决,例如算法。 如果一个问题的求解需要相当多的资源(无论用什么算法),则被认为是难解的。计算复杂性理论通过引入数学计算模型来研究这些问题以及定量计算解决问题所需的资源(时间和空间),从而将资源的确定方法正式化了。其他复杂性测度同样被运用,比如通信量(应用于通信复杂性),电路中门的数量(应用于电路复杂性)以及中央处理器的数量(应用于并行计算)。计算复杂性理论的一个作用就是确定一个能或不能被计算机求解的问题的所具有的实际限制。 在理论计算机科学领域,与此相关的概念有算法分析和可计算性理论。两者之间一个关键的区别是前者致力于分析用一个确定的算法来求解一个问题所需的资源量,而后者则是在更广泛意义上研究用所有可能的算法来解决相同问题。更精确地说,它尝试将问题分成能或不能在现有的适当受限的资源条件下解决这两类。相应地,在现有资源条件下的限制正是区分计算复杂性理论和可计算性理论的一个重要指标:后者关心的是何种问题原则上可以用算法解决。.

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P (複雜度)

在計算複雜度理論中,P 是在複雜度類問題中可於決定性圖靈機以多項式量級(或稱多項式時間)求解的決定性問題。 P通常表示那類可以"有效率地解決"或"溫馴"的可計算型問題,就算指數級非常高也可以算作"溫馴",例如RP與BPP問題。當然P類存在很多現實處理上一點也不溫馴的問題,例如一些至少需要n1000000指令來解決的問題。很多情況下存在著更難的複雜度問.

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時間譜系理論

在計算複雜度理論內,時間譜系理論(Time hierarchy theorems)是一個有關圖靈機時間限制上面一個重要的理論。用不大正式的說法解釋,這理論告訴我們圖靈機在給予更多時間之後,保證能解決更多的問題。 舉例:必然存在問題是圖靈機可以用n2的時間解決,但是不能用n的時間解決。.

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2-EXPTIME

在計算複雜度理論內,2-EXPTIME這個複雜度類 (有時寫作2-EXP)是在O(22p(n))時間內,可以使用決定型圖靈機解決掉決定型問題的集合,這裡 p(n) 是n的一個多項式 用DTIME的方式說明, 我們已經知道 2-EXPTIME也可以被重構成AEXPSPACE這個空間複雜度類(使用交替式圖靈機可以在指數空間內解決的問題)。因為交替式圖靈機至少有跟決定型圖靈機一樣的計算力,所以這也是一個看出EXPSPACE \subseteq 2-EXPTIME的方式。 2-EXPTIME這個複雜度類,是在一種可以不斷提昇時間上限的複雜度類層級裡面的其中一類。像3-EXPTIME 這個類別,類似於2-EXPTIME的定義方式,可以用三倍指數時間限制 2^來定義。用同樣的方法可以定義出更高的時間上限(4-EXP,5-EXP…之類)。.

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另见

複雜度類