Classical-Quantum Separations in Certain Classes of Boolean Functions-- Analysis using the Parity Decision Trees
本文利用奇偶决策树方法研究了几种布尔函数类的确定性(经典)查询复杂度($D$)和精确量子查询复杂度($Q_E$)之间的分离问题。我们首先定义$n$变量的查询友好(QF)函数作为具有最小确定性查询复杂性的函数$(D(f))$。我们观察到,对于每个$n$,存在一个不可分离的QF函数类,使得$D(f)=Q_E(f)$。进一步证明了对于某些$n$值,所有的QF函数都是不可分的.然后,我们提出了QF函数的某些其他值的$n$分离可以证明,特别是,$Q_E(f)=D(f)-1$。在相关的工作中,我们还研究了Maiorana McFarland(M-M)型Bent函数。我们证明了对于任意的M-M Bent函数$f$,$n$变量$D(f) = n$,分离可以实现为$\frac{n}{2} \leq Q_E(f) \leq \lceil \frac{3n}{4} \rceil$。我们的研究结果突出了如何不同类别的布尔函数可以分析利用奇偶决策树方法的经典量子分离。
2020-09-04 cs.CC quant-ph
New separation between $s(f)$ and $bs(f)$
本文给出布尔函数的灵敏度与块灵敏度的一种新的分离:$bs(f)=(2/3)s(f)^2-(1/3)s(f)$。
2011-08-17 cs.CC
Sensitivity versus Certificate Complexity of Boolean Functions
敏感度、块敏感度和证书复杂度是布尔函数的基本复杂性度量。著名的灵敏度猜想声称灵敏度与块灵敏度多项式相关。然而,众所周知,即使是指数界也很难获得。由于块敏感度已知与证书复杂度多项式相关,证明该猜想的等价物将表明证书复杂度与敏感度多项式相关。先前,已经表明$bs(f) \leq C(f) \leq 2^{s(f)-1} s(f) - (s(f)-1)$ .在这项工作中,我们给出了一个更好的上限$bs(f) \leq C(f) \leq \max\left(2^{s(f)-1}\left(s(f)-\frac 1 3\right), s(f)\right)$使用最近的定理限制的功能图的结构。我们还研究这些措施之间的关系,小1-灵敏度$s_1(f)$和任意0-灵敏度$s_0(f)$的功能。
2015-06-08 cs.CC
On Partial Differential Encodings of Boolean Functions
我们介绍了布尔函数的偏微分编码作为衡量布尔函数复杂性的一种方法。这些编码使我们能够从群作用中导出用于指定布尔函数的偏微分编码的多项式的Chow秩的非平凡界。我们还介绍了偏微分编码的变种,称为偏微分程序。我们表明,这样的计划最佳描述重要的家庭多项式,包括行列式和永久。偏微分程序也可以定量地对比这两个多项式族。最后,我们从多项式结构的启发偏微分程序表现出无条件指数分离之间的高阶超图同构实例和他们的子同构对应。
2022-12-01 cs.CC
Decision Tree Complexity versus Block Sensitivity and Degree
Relations between the decision tree complexity and various other complexity measures of Boolean functions is a thriving topic of research in computational complexity . It is known that decision tree complexity is bounded above by the cube of block sensitivity, and the cube of polynomial degree. However, the widest separation between decision tree complexity and each of block sensitivity and degree that is witnessed by known Boolean functions is quadratic. In this work, we investigate the tightness of the existing cubic upper bounds. We improve the cubic upper bounds for many interesting classe…
2022-09-16 cs.CC
Complexity of Boolean automata networks under block-parallel update modes
本文研究块并行更新模式下布尔自动机网络的复杂性,证明其能产生复杂计算,将多数动力学决策问题归入PSPACE类,但发现双射性仍属coNP的意外差距。
2024-02-09 cs.CC cs.DM
Separations between Combinatorial Measures for Transitive Functions
本文针对传递布尔函数,研究多对组合复杂性测度的最大分离,并通过改造非传递的指针函数与备忘单函数,构造出可展示类似分离的传递函数。
2025-07-18 cs.CC
On the Sensitivity of Cyclically-Invariant Boolean Functions
本文构造了一个灵敏度为$Θ(n^{1/3})$的循环不变布尔函数。这一结果回答了先前发表的两个问题。Turán(1984)提出了一个问题:是否任何布尔函数,在某些可迁置换群下不变,具有灵敏度$Ω(\sqrt{n})$。Kenyon和Kendall(2004)提出了一个问题:对于一个“好”函数,0-灵敏度和1-灵敏度的乘积是否是$Ω(n)$。我们的函数对这两个问题的回答都是否定的。我们还证明了对于最小项传递函数(布尔函数的自然类,包括我们的例子)的灵敏度是$Ω(n^{1/3})$。因此,对于这类函数,灵敏度和块灵敏度是多项式相关的。
2005-01-13 cs.CC
A Super-Grover Separation Between Randomized and Quantum Query Complexities
我们构造了一个满足$R(f)=\tildeΩ(Q(f)^{5/2})$的全布尔函数$f$,反驳了长期以来关于$R(f)=O(Q(f)^2)$对所有全布尔函数的猜想.假设Aaronson和Ambainis关于部分函数的最佳量子加速比的猜想,我们将其改进为$R(f)=\tildeΩ(Q(f)^3)$。我们的构造是基于Göös-Pitassi-Watson函数,但没有使用它。
2015-06-26 cs.CC quant-ph
On the parity complexity measures of Boolean functions
奇偶性决策树模型通过允许在一个步骤中计算奇偶性函数来扩展决策树模型。证明了任意布尔函数的确定性奇偶性决策树复杂度与该函数或其补函数的非确定性复杂度多项式相关。我们还表明,他们是多项式相关的模拟块的灵敏度。我们进一步研究奇偶性决策树与决策树的中间变体以及与通信复杂性的关系。
2010-04-03 cs.CC
On the Sensitivity Conjecture for Disjunctive Normal Forms
Nisan和Szegedy [CC '94]的灵敏度猜想询问对于任何布尔函数$f$,最大灵敏度$s(f)$是否与其块灵敏度$bs(f)$多项式相关,从而与其他主要复杂性度量相关。尽管在过去的十年中,布尔函数的分析取得了重大进展,但这个问题仍然是广泛开放的。在本文中,我们考虑通过计算模型(DNF)对布尔函数类的限制,并将遵守此限制的函数称为允许归一化块属性。我们证明,对于任何函数$f$承认规范化块属性,$bs(f) \leq 4s(f)^2$。我们注意到,文献中提到的(几乎)所有实现灵敏度和块灵敏度之间的二次分离的函数都承认归一化块属性。最近,Gopalan等。[ITCS '16]表明,每个布尔函数$f$是唯一指定的,其值的汉明球的半径最多$2s(f)$。我们扩展了这一结果,并构造了布尔函数的例子,提供了匹配的下界。
2016-12-07 cs.CC cs.DM
Block Sensitivity of Minterm-Transitive Functions
Boolean functions with symmetry properties are interesting from a complexity theory perspective; extensive research has shown that these functions, if nonconstant, must have high `complexity' according to various measures. In recent work of this type, Sun gave bounds on the block sensitivity of nonconstant Boolean functions invariant under a transitive permutation group. Sun showed that all such functions satisfy bs(f) = Omega(N^{1/3}), and that there exists such a function for which bs(f) = O(N^{3/7}ln N). His example function belongs to a subclass of transitively invariant functions called t…
2010-01-13 cs.CC
Block Sensitivity and Certificate Complexity of Rotation Symmetric Boolean Functions
Winston–Salem State University(温斯顿-塞勒姆州立大学);Governors State University(州长州立大学)
该研究分析旋转对称布尔函数的块灵敏度与证书复杂度,明确奇次、二次单项式旋转对称布尔函数的相关测度关系,还确定连续四次族Rₙ的测度,得到灵敏度小于块灵敏度且二者与证书复杂度相等的无穷多类函数。
2026-11-10 cs.CC cs.DM math.CO
On Block Sensitivity and Fractional Block Sensitivity
研究了布尔函数的块敏感性$\text{bs}(f)$与分数块敏感性$\text{fbs}(f)$复杂性测度之间的关系。虽然已知$\text{fbs}(f) = O(\text{bs}(f)^2)$,但最已知的分离实现了$\text{fbs}(f) = \left(\frac{1}{3\sqrt2} +o(1)\right) \text{bs(f)}^{3/2}$。我们改进了常数因子,并给出了一族函数,使$\text{fbs}(f) = \left(\frac{1}{\sqrt6}-o(1)\right) \text{bs}(f)^{3/2}.$
2018-10-04 cs.CC
Balanced incomplete block designs and exact satisfiability
本文通过用布尔公式的子句和布尔变量区组识别区组设计的点,探讨了平衡不完全区组设计(BIBD)与某些线性CNF公式之间的对应关系。BIBD中的并行类对应于相应公式中的XSAT解决方案。这种对应关系允许将结果从一个字段转移到另一个字段。作为一个新的结果,我们从已知的可满足性定理推导出,在部分平衡的不完全区组设计中寻找平行类的问题是NP完全的。
2020-10-05 cs.CC cs.LO math.CO
Towards Optimal Separations between Quantum and Randomized Query Complexities
查询模型提供了一个具体的设置,量子算法可证明优于随机算法。Bernstein-Vazirani、Simon、Aaronson和其他人提出了部分布尔函数的漂亮结果,这些函数可以通过量子算法计算,与它们的随机类似物相比,查询要少得多。到目前为止,量子和随机查询复杂度之间的$O(1)$与$\sqrt{N}$的分离仍然是最先进的(其中$N$是输入长度),留下了一个问题,即$O(1)$与$N^{1/2+Ω(1)}$分离是否可能?我们对这个问题的回答是肯定的。我们的分离问题是Aaronson-Ambainis $k$ -fold Forrelation问题的一个变种。我们证明了我们的变体:(1)可以通过对输入进行$2^{O(k)}$查询的量子算法来求解。(2)任何随机算法至少需要$\tildeΩ(N^{2(k-1)/(3k-1)})$查询。对于任何常数$\varepsilon>0$,这给出了部分布尔函数的量子和随机化查询复杂度之间的$O(1)$与$N^{2/3-\varepsilon}$分离。我们的证明是傅立叶分析,并使用新的界限上的傅立叶谱的经典决策树,这可能是独立的利益。展望未来,我们推测,傅立叶边界可以进一步提高在一个精确的方式,并表明,这种约束的界限意味着最佳的$O(1)$与$N^{1-\varepsilon}$分离之间的量子和随机查询复杂性的部分布尔函数。
2019-12-29 cs.CC quant-ph
Quantum algorithms for highly non-linear Boolean functions
分离经典计算模型和量子计算模型的尝试有着悠久的历史。最终目标是找到计算问题的指数分离。然而,这种分离并不是一毛钱一打:虽然在阿贝尔群的隐子群问题的形式上有一些早期的成功--这可能最忠实地推广了肖尔的因子分解算法--但只有少数非阿贝尔群的有效量子算法被发现。最近,寻求识别除群之外的其它组合和代数对象的隐藏子结构的问题已经得到越来越多的关注。在本文中,我们提供了新的例子,指数分离考虑隐藏的移位问题,定义为几类高度非线性布尔函数。这些所谓的弯曲函数出现在密码学中,它们在布尔超立方体上具有完全平坦的傅立叶谱的特性使它们能够抵御某些类型的攻击。我们提出了新的量子算法,解决了隐藏的移位问题的几个著名的类的弯曲功能在多项式时间内,并具有恒定数量的查询,而经典的查询复杂性被证明是指数。我们的方法使用的技术,利用弯曲函数和它们的傅立叶变换之间的对偶性。
2009-11-24 cs.CC quant-ph
The Complexity of Holant Problems over Boolean Domain with Non-negative Weights
Holant问题是研究计数问题计算复杂性的一般框架。证明了布尔域上具有非负权的Holant问题的复杂性二分法。它是第一个完整的Holant二分法,其中约束函数不一定是对称的。Holant问题实际上是读取两次的$\#$ CSP。直观地说,当限制为读取两次实例时,某些$\#$ CSP($\#$ P-hard)变得易于处理。为了捕获它们,我们引入块秩一条件。事实证明,这种情况导致了明显的分离。如果函数集$\mathcal{F}$满足该条件,则$\mathcal{F}$是仿射型或乘积型。否则(a)$\mathrm{Holant}(\mathcal{F})$是$\#$ P-hard的;或者(b)$\mathcal{F}$中的每个函数都是元数至多为2的函数的张量积;或者(c)$\mathcal{F}$可通过某个实正交矩阵变换为乘积类型。全息变换在硬度证明和易加工性表征中起着重要的作用。
2017-02-18 cs.CC
On Condensation of Block Sensitivity, Certificate Complexity and the $\mathsf{AND}$ (and $\mathsf{OR}$) Decision Tree Complexity
Microsoft Research Lab, Bangalore, India(微软研究院班加罗尔实验室);Indian Institute of Technology Madras, Chennai, India(印度马德拉斯理工学院)
研究了块敏感度、证书复杂度和AND/OR查询复杂度的凝结性,证明块敏感度在限制下不凝结,且AND/OR决策树也不存在凝结性。
2026-03-16 cs.CC
Query-to-Communication Lifting for BPP
对于任何$n$位布尔函数$f$,我们表明,随机通信复杂性的组成功能$f\circ g^n$,其中$g$是一个索引小工具,其特征在于随机决策树复杂性的$f$。特别地,这意味着许多涉及随机化模型的查询复杂度分离(例如,经典与量子)自动地暗示了通信复杂性的类似分离。
2017-03-22 cs.CC
Composition limits and separating examples for some Boolean function complexity measures
区块敏感度($bs(f)$)、证书复杂度($C(f)$)和分数证书复杂度($C^*(f)$)是布尔函数$f$复杂度的三个基本组合度量。人们早就知道$bs(f) \leq C^{\ast}(f) \leq C(f) =O(bs(f)^2)$。我们提供了一个无限家庭的例子,$C(f)$增长二次$C^{\ast}(f)$(也$bs(f)$),这些措施之间的最佳分离。以前已知的最大分离是$C(f)=C^{\ast}(f)^{\log_{4.5}5}$。我们还给出了一个家庭的例子,其中$C^{\ast}(f)=Ω(bs(f)^{3/2})$。这些例子是通过以各种方式组合布尔函数获得的。这里,$f$与$g$的组合$f \circ g$是通过在不相交的变量集合上用$g$的拷贝替换$f$的每个变量来获得的。为了构建和分析这些例子,我们系统地研究了这些措施的功能组合下的行为,也是灵敏度测量$s(f)$。测度$s(f)$、$C(f)$和$C^{\ast}(f)$在复合下表现良好:它们是次乘法的(其中测度$m$是次乘法的,如果$m(f \circ g) \leq m(f)m(g)$),在一些相当一般的条件下等式成立。度量$bs(f)$在性质上是不同的:它不是次乘法的。这种质的差异是没有注意到在以前的文献中,我们纠正了一些错误,出现在以前的文件。我们定义一个测度$m$在函数$f$,$m^{\lim}(f)…
2013-06-04 cs.CC
Quantum algorithm for the Boolean hidden shift problem
隐移问题是寻找经典计算模型和量子计算模型之间新的分离的一个自然的地方。这个问题的一个优点是它的灵活性,因为它可以为整个范围的函数和整个范围的底层组定义。在某种程度上,这将其与隐藏子群问题区分开来,在隐藏子群问题中,必须对周期子群的存在提出更严格的要求。然而,隐藏的移位问题被证明是足够丰富的,可以捕捉到代数、几何和组合问题的有趣特征。我们提出了一个量子算法来识别任何布尔函数的隐藏移位。使用傅立叶分析的布尔函数,我们涉及的时间和查询算法的复杂性的函数的内在属性,即其最小的影响。我们表明,随机选择的功能的时间复杂性的算法是多项式。在此基础上,我们展示了经典和量子时间复杂度之间的平均情况指数分离。这项工作的一个可能有趣的方面是,虽然在所谓的弯曲函数的布尔隐移位问题的极端情况下,可以减少到一个隐藏的子群问题的阿贝尔群,更一般的情况下,这里研究似乎不允许这样的减少。
2011-03-15 cs.CC quant-ph
Low-Sensitivity Functions from Unambiguous Certificates
我们提供了新的查询复杂性分离对总布尔函数的敏感性:确定性(甚至随机或量子)查询复杂性和敏感性之间的功率$3$分离,和证书复杂性和敏感性之间的功率$2.22$分离。我们得到这些分离,通过使用一个新的连接之间的敏感性和一个看似无关的措施称为单侧明确的证书复杂性($UC_{min}$)。我们还表明,$UC_{min}$是下界的分数块敏感性,这意味着我们不能使用这些技术得到一个超二次分离之间的$bs(f)$和$s(f)$。我们还提供了布尔函数的树敏感性和决策树复杂性之间的二次分离,反驳了Gopalan,Servedio,Tal和Wigderson的猜想(CCC 2016)。在此过程中,我们给出了证书复杂性和单侧明确证书复杂性之间的功率$1.22$分离,改进了Göös(FOCS 2015)导致的功率$1.128$分离。因此,我们得到了一个改进的$Ω(\log^{1.22} n)$下限的共非确定性通信复杂性的集团与独立集的问题。
2017-11-15 cs.CC quant-ph
Algorithms for Boolean Function Query Properties
我们提出了新的算法来计算的基本性质的布尔函数的真值表的形式。具体来说,我们给出了一个O(N^2.322 log N)的块敏感性算法,O(N^1.585 log N)的“树分解”算法,和O(N)的“准对称”算法。“这些算法是基于对布尔函数结构的新见解,可能会引起独立的兴趣。我们还给出了一个次指数时间算法的空间有界的量子查询复杂度的布尔函数。为了证明该算法的正确性,我们在Bernstein和Vazirani的工作基础上,提出了酉算子的有限精度表示理论。
2001-07-05 cs.CC cs.DS
Public projects, Boolean functions and the borders of Border's theorem
边界定理给出了贝叶斯单物品环境下可行的中间分配规则的直观线性特征,并且在经济和算法机制设计中有几个应用。所有已知的边界定理的推广要么限制注意相对简单的设置,或诉诸近似。本文确定了一个复杂性理论的障碍,表明,假设标准的复杂性类分离,边界定理不能扩展显着超出国家的最先进的。我们还确定了一个令人惊讶的紧密联系之间的迈尔森的最优拍卖理论,当应用于公共项目设置,和一些基本的布尔函数的分析结果。
2015-04-29 cs.CC cs.GT
Complexity of limit cycles with block-sequential update schedules in conjunctive networks
本文讨论了如下判定问题:给定一个由其交互有向图定义的合取布尔网络,它是否有一个给定长度k的极限环?我们证明了这个问题是NP-完全的一般情况下,如果k是一个参数的问题,并在P,如果相互作用有向图是强连通的。$k$是常数,但交互作用有向图不是强连通的情况仍然是开放的。此外,我们还研究了决策问题的变化:给定一个合取布尔网络,是否存在一个块序列(分别为:顺序的)更新调度,使得存在长度为k的极限环?我们证明了这个问题是NP-完全的任何常数k >= 2。
2022-03-21 cs.CC cs.DM
Separations in Query Complexity Based on Pointer Functions
在1986年,Saks和Wigderson指出,对于一个全布尔函数,确定性和零错误随机化查询复杂度之间的最大分离是由$f$在$n=2^k$位上给出的,$f$由深度为$k$的NAND门的完整二叉树定义,它实现了$R_0(f) = O(D(f)^{0.7537\ldots})$。我们证明这是假的,给出一个例子,总布尔函数$f$ $n$位的确定性查询复杂性是$Ω(n/\log(n))$,而其零错误随机查询复杂性是$\tilde O(\sqrt{n})$。我们进一步表明,量子查询复杂性相同的功能是$\tilde O(n^{1/4})$,给出了第一个例子的总功能与超二次差距之间的量子和确定性查询复杂性。我们还构造了一个总的布尔函数$g$ $n$变量,具有零错误的随机查询复杂度$Ω(n/\log(n))$和有界错误的随机查询复杂度$R(g) = \tilde O(\sqrt{n})$。这是这两个复杂性度量之间的第一个超线性分离。同一函数的量子查询复杂度是$Q_E(g) = \tilde O(\sqrt{n})$。这两个函数表明,$D(f) = O(R_1(f)^2)$和$R_0(f) = \tilde O(R(f)^2)$的关系是最佳的,直到多对数因子。这些函数的进一步变化给出了其他查询复杂性度量之间的额外分离:$Q$和$R_0$之间的立方分离,$Q_E$和$R$之间的$3/2$ -幂分离,以…
2015-10-26 cs.CC quant-ph
Exponential quantum communication reductions from generalizations of the Boolean Hidden Matching problem
在这项工作中,我们重新审视布尔隐藏匹配通信问题,这是单向模型中的第一个通信问题,以证明指数经典量子通信分离。在这个问题中,爱丽丝的比特根据鲍勃持有的分区配对。这些对使用奇偶校验函数进行压缩,并且保证最终的位串等于Bob持有的另一个位串或其补码。问题是决定哪种情况是正确的。在这里,我们推广的布尔隐藏匹配问题,取代奇偶校验功能与任意布尔函数$f$。根据$f$的符号度,给出了有效的通信协议。如果它的符号度小于或等于1,我们证明了一个有效的经典协议。如果它的符号度小于或等于$2$,我们证明了一个有效的量子协议。然后,我们完全表征的经典硬度的所有对称函数$f$的符号度大于或等于$2$,除了一个家庭的特定情况下。我们还证明了,通过傅立叶分析,一个经典的下界为任何功能$f$,其纯高的程度是大于或等于$2$。同样,我们证明,也通过傅立叶分析,量子下界的任何功能$f$,其纯高的程度是大于或等于$3$。这些结果给出了一个新的指数经典量子通信分离的大家庭。
2021-08-17 cs.CC quant-ph
Pseudodeterminism and MA != NP^BPP in Communication Complexity
Department of Computer Science, University of Memphis(孟菲斯大学计算机科学系)
该研究在通信复杂度中证明部分布尔函数的零误差随机与双边误差伪确定性通信复杂度存在指数级分离,并将该技术推广以分离MA与NP^BPP的通信复杂度类似物。
2026-08-28 cs.CC
Conflict complexity is lower bounded by block sensitivity
我们显示冲突的复杂性,每一个总的布尔函数,最近在[Swagato Sanyal。一个基于conict复杂性的复合定理。arXiv预印本arXiv:1801.03285,2018。]证明一个随机决策树的合成定理的复杂度,至少是其块敏感度的一半。我们建议将冲突复杂性与证书复杂性进行比较,并解释为什么它会很有趣。
2020-05-11 cs.CC math.CO
A study of distributional complexity measures for Boolean functions
本文研究了布尔函数在独立输入下的分布复杂性度量,探讨了各度量在期望意义下的“渐近分离”与“多项式相关”性,并引入了局部见证复杂性与涉及部分信息的新版算法复杂性,还通过渗流例子建立了与理论计算机科学的联系。
2024-08-23 cs.CC math.PR
On the Complexity of Horn and Krom Fragments of Second-Order Boolean Logic
二阶布尔逻辑是QBF的推广,其常数交替片段已知对于指数时间层次的水平是完全的。我们考虑这种逻辑的两种类型的限制:1)对项构造的限制,2)对布尔矩阵的形式的限制。对于第一类,我们考虑两种限制:首先,不允许嵌套使用适当的函数变量,其次规定每个函数变量必须以固定的参数序列出现。第二种,我们考虑霍恩,克罗姆,和核心片段的布尔矩阵。我们分类的复杂性的逻辑得到这两种类型的限制相结合。我们表明,在大多数情况下,逻辑与k交替块的函数量词是完整的指数时间层次的第k或(k-1)级。此外,我们建立NL-完全的克罗姆和核心片段,当k=1和第一类的限制都有效。
2020-07-08 cs.CC cs.LO
On the Rational Degree of Boolean Functions and Applications
研究布尔函数的有理度($\textrm{rdeg}(f)$),证明对称、单值函数及一次读公式等的有理度下界,构造部分函数展示有理度与近似度的双向无界分离,还得出量子资源不可比较等结论,并证明复合引理及新的多项式分离。
2025-04-14 cs.CC quant-ph
New Separations Results for External Information
我们得到了布尔函数两方外部信息复杂性的新的分离结果。函数$f(x,y)$的外部信息复杂度是两方协议计算$f$必须向外部观察者揭示的关于输入的最小信息量。我们得到以下结果:1.我们证明了外部和内部信息复杂性之间的指数分离,这是最好的可能,以前没有分离是已知的。2.我们证明了一个近二次分离摊销零错误通信复杂性和外部信息复杂性的总功能,反驳了\cite{Bravermansurvey}的猜想。3.我们证明了一个匹配的上限表明我们的分离结果是紧的。
2021-03-06 cs.CC cs.IT math.IT
A new exponential separation between quantum and classical one-way communication complexity
我们提出了一个新的例子,部分布尔函数的单向量子通信的复杂性是指数低于其单向经典通信的复杂性。这个问题是以前研究过的子群成员问题的自然推广:Alice收到一个比特串x,Bob收到一个置换矩阵M,他们的任务是确定Mx=x还是Mx远离x。证明使用傅立叶分析和Kahn,Kalai和Linial不等式。
2011-04-26 cs.CC quant-ph
Relations between monotone complexity measures based on decision tree complexity
本文研究 Boolean 函数单调块敏感度、分数块敏感度、证书复杂度等度量,揭示其与 AND-decision tree、稀疏度和敏感度的关系,并给出界、等价性及两类函数上的等式。
2024-06-13 cs.CC cs.DM
Forrelation: A Problem that Optimally Separates Quantum from Classical Computing
我们基本上实现了量子和经典查询复杂性之间的最大可能的分离。我们使用一个名为Forrelation的属性测试问题来做到这一点,其中需要确定一个布尔函数是否与第二个函数的傅里叶变换高度相关。这个问题可以使用1个量子查询来解决,但是我们证明了任何随机化算法都需要~sqrt(N)/log(N)个查询(改进了Aaronson的~N^{1/4}下界)。相反,我们证明了这种1对~sqrt(N)的分离是最优的:实际上,任何t-查询量子算法都可以用O(N^{1-1/2 t})-查询随机化算法来模拟。因此,解决Buhrman等人从2002年开始的一个公开问题,不存在量子查询复杂度为常数且随机查询复杂度为线性的部分布尔函数。我们猜想,Forrelation的自然推广实现了所有t的最佳t对~N^{1-1/2 t}分离。作为奖励,我们证明了这种推广是BQP-完全的。这产生了可以说是迄今为止已知的最简单的BQP完全问题,并给出了第二种意义,其中Forrelation“捕获了量子计算的最大功率。"
2014-11-21 cs.CC quant-ph
Exponential Separation between Quantum Communication and Logarithm of Approximate Rank
Chattopadhyay,Mande和Sherif(ECCC 2018)最近展示了一个全布尔函数,即sink函数,它具有多项式近似秩和多项式随机通信复杂度。这给出了随机通信复杂度和近似秩的对数之间的指数分离,反驳了对数近似秩猜想。我们证明了即使是量子通信复杂度的汇函数是多项式,从而也反驳了量子对数近似秩猜想。我们的下界是基于Rao和Sinha(ECCC 2015)为经典情况引入的愚弄分布方法,以及Anshu,Touchette,Yao和Yu(STOC 2017)为量子情况扩展的方法。利用愚弄分布方法给出了经典下界的一个新的证明。
2018-11-25 cs.CC quant-ph
Separations in query complexity using cheat sheets
我们展示了一个总布尔函数的有界错误随机化和量子查询复杂性之间的幂2.5分离,驳斥了人们普遍认为的最佳分离只能是二次的猜想(来自Grover算法)。我们还提出了一个总功能的量子查询复杂性和近似多项式的程度之间的权力4分离,显示严重的限制的权力的多项式方法。最后,我们展示了量子查询复杂性和证书复杂性之间的二次差距的总函数,这是最佳的(最多对数因子)。这些分离是使用一种新的,通用的技术,我们称之为备忘单技术。该技术是基于一个通用的转换,将任何(可能部分)功能转换成一个新的总功能与所需的属性,显示分离。该框架还允许许多已知的分离,包括Ambainis等人最近的一些突破性结果,以统一的方式展示。
2019-07-09 cs.CC quant-ph
Polynomials, Quantum Query Complexity, and Grothendieck's Inequality
我们证明了1-查询量子算法和2次多项式表示之间的等价性。也就是说,部分布尔函数$f$可由具有由$ε<1/2$限定的误差的1-查询量子算法计算当且仅当$f$可由具有由$ε'<1/2$限定的误差的2次多项式近似。这个结果适用于多项式近似的两个不同概念:Nisan和Szegedy的标准定义以及Aaronson和Ambainis最近引入的块多线性多项式近似(STOC'2015,arxiv:1411.5729)。我们还显示了两个结果多项式的更高的次数。首先,存在需要$\tildeΩ(n)$量子查询但可以由次数为$\tilde{O}(\sqrt{n})$的块多线性多项式表示的全布尔函数。因此,在一般情况下(对于任意数量的查询),块多线性多项式不等同于量子算法。其次,对于任何常次数$k$,多项式近似的两个概念(标准和块多线性)是等价的。因此,我们解决了一个公开的问题Aaronson和Ambainis,表明可以估计值的任何有界度$k$多项式$p:\{0, 1\}^n \rightarrow [-1, 1]$与$O(n^{1-\frac{1}{2k}})$查询。
2016-06-30 cs.CC quant-ph
Near-Linear Regimes for One-Sided Distribution-Free Junta Testing
我们研究自适应单侧分布测试布尔$k$ -juntas,成员查询访问的功能和样本访问任意未知分布。对于一般的布尔函数,我们给出了一个测试使用$O(k^2\log(k+1)+k/ε)$查询,独立的环境尺寸。测试人员维护通过观察到的不一致性认证的不相交相关块。在每一个新的批处理中,它联合解码一个随机基掩码小家族的文字签名,然后使用线性组合生成$Θ(1/ε)$探针。它们的理想对应物是成对独立的,产生恒定的条件进展概率;全局$O(k)$批预算给出了附加查询边界。因此,当使用$ε\le1/k$时,复杂度为$O((k/ε)\log(k+1))$,当使用$ε\le1/(k\log(k+1))$时,复杂度为$O(k/ε)$。我们还分析了索引表的实现,重用以前计算的块方向。对于在未知的相关变量集上对称的函数,它使用$O(k\log^2(k+1)/ε)$查询:安全检查的块包含单个全局相关变量,使其缓存的非文字端可重用。对于任意函数,稳定删除分析在$O(k^2\log(k+1)/ε)$查询中建立相同实现的可靠性。所有变体始终接受$k$ -juntas,并且每个拒绝都由$k+1$不相交的相关块证明。新鲜批构造和重用分析使用相同的认证块框架,具有不同的随机性和停止规则。
2026-10-08 cs.CC cs.DS
Size and Depth Separation in Approximating Benign Functions with Neural Networks
Weizmann Institute of Science(魏茨曼科学研究所);Worcester Polytechnic Institute(伍斯特理工学院);University of Toronto(多伦多大学);IAS(高等研究院)
When studying the expressive power of neural networks , a main challenge is to understand how the size and depth of the network affect its ability to approximate real functions. However, not all functions are interesting from a practical viewpoint: functions of interest usually have a polynomially-bounded Lipschitz constant, and can be computed efficiently. We call functions that satisfy these conditions "benign", and explore the benefits of size and depth for approximation of benign functions with ReLU networks. As we show, this problem is more challenging than the corresponding problem for n…
2021-06-28 cs.CC cs.LG stat.ML
The estimates for Boolean surface area of polynomial threshold functions
Nankai University(南开大学);Institute for Basic Science (IBS)(基础科学研究院);University of Washington(华盛顿大学);MSU(密歇根州立大学);Max Planck Institute for Mathematics(马普数学研究所);University of South Carolina(南卡罗来纳大学)
研究多项式阈值函数的布尔表面积,证明其具有对数多项式复杂度,结合Kabanets等人限制引理和敏感度尾界,提供新的分析方法。
2026-10-27 cs.CC math.AP math.CA