Parameterizing the Permanent: Hardness for $K_8$-minor-free graphs
在20世纪60年代,统计物理学家发现了一种计算平面图中完美匹配的迷人算法。Valiant后来证明了同样的问题对于一般图也是#P-hard的。从那时起,平面图的算法被扩展到有界亏格图,不包括$K_{3,3}$或$K_{5}$的图,更一般地,不包括可以在平面上绘制的具有单个交叉的固定子图$H$的任何图类。这激起了人们的希望,即对于不包括任何固定子图$H$的图类,计算完美匹配可能是多项式时间可解的。在本文中,我们通过一个简单而自包含的论证证明了无$K_{8}$ -minor图的#P-硬度。
2021-08-29 cs.CC cs.DS
#BIS-Hardness for 2-Spin Systems on Bipartite Bounded Degree Graphs in the Tree Nonuniqueness Region
二部图上独立集的计数(#BIS)被认为是一个具有中等近似复杂度的规范计数问题.可以肯定的是,#BIS既没有FPRAS,也不像#SAT那样难以近似。我们在二分图上的两态自旋系统的一般框架下研究#BIS。我们定义了两个概念,近独立的相位相关自旋和一元对称性破缺。我们证明了在支持这两个概念的二分图上,任何2-自旋系统的配分函数都是BIS困难的。因此,我们分类的复杂性近似的反铁磁2-自旋系统的配分函数的有界度二部图。
2015-09-21 cs.CC
A Second Step Towards Complexity-Theoretic Analogs of Rice's Theorem
Rice定理指出递归可排集的所有非平凡语言性质都是不可判定的。Borchert和Stephan开始寻找Rice定理的复杂性理论类似物。特别是,他们证明了电路的每一个非平凡计数性质都是UP-困难的,并且一些密切相关的问题是SPP-困难的。本文研究了它们的UP硬度结果本身是否可以提高到SPP硬度。我们表明,他们的UP-硬度的结果不能加强到SPP-硬度,除非不太可能的复杂性类包含举行。尽管如此,我们证明了电路的每个P-可构造双无限计数性质都是SPP-难的。我们还提高了他们的一般下限从明确的非决定性常数模糊性非决定性。
1999-07-25 cs.CC
New Techniques for Proving Fine-Grained Average-Case Hardness
最近细粒度密码学的出现强烈地推动了开发细粒度复杂性(FGC)的平均情况模拟。本文定义了新版本的OV,$k$ SUM和零- $k$ -团,都是最坏情况和平均情况下细粒度硬假设FGC的核心假设。然后,我们使用这些作为细粒度硬度和其他问题的平均硬度的基础。新的问题以某种"因素化“的形式代表了他们的投入。我们称它们为“因式分解”-OV、"因式分解“-零- $k$ -团和”因式分解“- $3$ SUM。我们证明了因子分解的- $k$ -OV和因子分解的$k$ SUM是等价的,并且对于一类定义在布尔函数上的问题是完备的。分解的零- $k$ -团也是完全的,对于不同的问题类别。我们的硬分解问题也足够简单,我们可以将它们简化为许多其他问题,例如~编辑距离、$k$ -LCS和Max-Flow版本。我们进一步考虑计算因子化问题的变体,并为它们提供自然分布的WCtoACFG减少。通过FGC约简,我们可以从标准的最坏情况FGC假设中得到正则表达式匹配等研究充分的问题的平均情况硬度。为了获得我们的WCtoACFG还原,我们将[Boix-Adsera et al. 2019]的框架形式化,该框架用于给出用于计数$k$ -团的WCtoACFG还原。我们定义了一个明确的属性的问题,这样,如果一个问题的属性,可以使用的框架上的问题,以获得WCtoACFG自我减少。然后,我们使用的框架略有扩展Boix-Adsera等…
2020-08-14 cs.CC cs.DS
A complexity trichotomy for approximately counting list H-colourings
本文研究了图的H-着色列表的近似计数的计算复杂性。我们发现了一个基于图H的结构的自然的图论可割性。如果H是非自反二部图或自反完全图,则列表H-着色的计数是在多项式时间内平凡的.另外,若H是非自反二部置换图或自反真区间图,则列表H-着色的近似计数等价于二部图中独立集的近似计数问题#BIS。这是一个研究得很好的问题,被认为是中等复杂性-据信,它没有一个FPRAS,但它并不像近似最困难的计数问题在#P.对于每一个其他图H,近似计数列表H-着色是完整的#P关于近似保持减少(所以没有FPRAS,除非NP=RP)。该图的两个令人满意的特征是:(i)它在遗传图类方面有一个自然的公式,(ii)证明在很大程度上是自包含的,不需要任何泛代数(不像加权情况下的类似二分法)。我们能够将硬度结果扩展到有界度设置,表明所有硬度结果都适用于最大度至多为6的输入图。
2017-01-05 cs.CC math.CO
Worst-Case and Average-Case Hardness of Hypercycle and Database Problems
本文研究了超图和数据库问题的难度,给出了寻找最小超环和无权超环的紧下界及更快的上界算法,并提出最坏情况到平均情况的归约,推导出随机超图计数和平均情况数据库查询的平均情况下界。
2025-04-25 cs.CC
Hardness of monadic second-order formulae over succinct graphs
Aix Marseille Université(艾克斯-马赛大学);CNRS, LIS(法国国家科学研究中心,信息系统实验室);Aix-Marseille Université(艾克斯-马赛大学);CNRS, I2M(法国国家科学研究中心,数学与建模研究所);CNRS, Délégation Centre-Est(法国国家科学研究中心,东部代表处);Inria MOCQUA(法国国家信息与自动化研究所,MOCQUA团队)
该研究证明了在简洁图表示下,某些单称二阶性质要么NP难要么coNP难,并探讨了去除非平凡性条件后的复杂性结果。
2026-01-05 cs.CC cs.LO
Exact and Approximate Pattern Counting in Degenerate Graphs: New Algorithms, Hardness Results, and Complexity Dichotomies
研究了$d$ -退化$n$-顶点图$G$中的$k$ -顶点图$H$的同态计数、副本计数和诱导副本计数问题.我们的主要结果建立了详尽和明确的复杂性分类计数子图和诱导子图。我们发现,$G$中的$H$(不一定是诱导的)拷贝可以在时间$f(k,d)\cdot n^{\max(\mathsf{imn}(H),1)}\cdot \log n$中计数,其中$f$是一些可计算的函数,$\mathsf{imn}(H)$是$H$的最大诱导匹配的大小。只要允许模式类具有无界的诱导匹配数,该算法本质上是最优的:除非指数时间假设(ETH)失败,否则对于任何函数$f$,没有算法在时间上运行$f(k,d)\cdot n^{o(\mathsf{imn}(H)/\log \mathsf{imn}(H))}$。在计数诱导子图的情况下,我们得到了一个类似的分类:我们可以在时间$f(k,d)\cdot n^{α(H)}\cdot \log n$上计数$G$中的诱导子图$H$的拷贝数,如果允许模式类具有无界的独立数,则在时间$f(k,d)\cdot n^{o(α(H)/\log α(H))}$上运行的算法是不可能的,除非ETH失败.在语言的参数化的复杂性,我们的结果产生二分法在固定参数易处理和$\#\mathsf{W}[1]$ -硬的情况下,如果我们参数化的模式和退化的主机图的大小。我们的结果意味着,除非ETH失败,否则几…
2021-06-01 cs.CC cs.DS
The Complexity of Planar Counting Problems
我们证明了与各种可满足性,图形和组合问题,当限制到平面的情况下,计数问题的#P-硬度。这些问题包括\begin{romannum} \item[{}] {\sc 3Sat, 1-3Sat, 1-Ex3Sat, Minimum Vertex Cover, Minimum Dominating Set, Minimum Feedback Vertex Set, X3C, Partition Into Triangles, and Clique Cover.} \end{romannum}我们还证明了{\sf NP}-完备性的{ \sc Ambiguity Satisfiability}问题\cite{Sa80}和{ \sf D $^P$ }-完备性(相对于随机多项式约简)的唯一可满足性问题\cite{VV85}与上述几个问题,当限制到平面的情况。以前,很少{ \sf #P}-硬度的结果,没有{ \sf NP}-硬度的结果,没有{ \sf D $^P$ }-完整性的结果是已知的计数问题,模糊的可满足性问题和唯一的可满足性问题,分别限制到平面的实例。假设{ \sf P $\neq $ NP},上述结果的一个推论是:对于整数上线性不等式约束的平面线性目标函数的最大化或最小化问题,没有$ε$ -近似算法.
1998-09-11 cs.CC cs.DM
Nearly Optimal Average-Case Complexity of Counting Bicliques Under SETH
在本文中,我们寻求一个自然的问题和自然分布的情况下,任何$O(n^{c-ε})$ -时间算法无法解决大多数情况下从分布,而问题承认一个$n^{c+o(1)}$ -时间算法,正确地解决了所有的情况。具体来说,我们考虑随机二部图中的$K_{a,b}$计数问题,其中$K_{a,b}$是常数$a$和$b$的完全二部图。证明了在强指数时间假设下,$K_{a,b}$计数问题存在一个$n^{a+o(1)}$ -时间算法,如果是$a\geq 8$,而任何$n^{a-ε}$ -时间算法都不能解决这个问题,即使是在随机二部图上,对于任何常数$ε>0$.然后,我们放大了这个问题的硬度使用直积定理和姚的XOR引理,提出了一个一般的框架,在设置细粒度的复杂性的硬度放大。
2020-10-12 cs.CC
Counting Induced Subgraphs: A Topological Approach to #W[1]-hardness
本文研究了在满足给定性质$Φ$的图$G$中,计数所有大小为$k$的导出子图的问题$\#\mathsf{IndSub}(Φ)$。这延续了Jerrum和Meeks的工作,他们证明了这个问题对于某些属性族是$\#\mathrm{W[1]}$ -困难的,其中包括(不)连通性[JCSS 15]和边数的偶数或奇数[Combinatorica 17]。使用Curticapean,Dell和Marx [STOC 17]的最新图形主题参数框架,我们发现对于单调属性$Φ$,如果$Φ$的相关单纯(图形)复形的约化欧拉特征不为零,则$\#\mathsf{IndSub}(Φ)$对于$\#\mathrm{W[1]}$是困难的。这一观察将$\#\mathsf{IndSub}(Φ)$与卡普著名的回避猜想联系起来,因为每个具有非零约化欧拉特征的图复合体都是回避的。应用Khan、Saks和Sturtevant [FOCS 83]的开创性论文中引入的“回避的拓扑方法”中的工具,我们证明了对于不在Hamilton圈上成立的每个单调性质$Φ$以及对于在Hamilton圈上成立的一些单调性质(例如对于$k > 2$是无三角形的或不是$k$ -边连通的),$\#\mathsf{IndSub}(Φ)$是$\#\mathrm{W[1]}$ -难的。此外,我们表明,对于这些属性$\#\mathsf{IndSub}(Φ)$不能解决的时…
2018-07-05 cs.CC
The computational hardness of counting in two-spin models on d-regular graphs
双自旋系统类包含了几个重要的模型,包括随机独立集和统计物理的伊辛模型。我们证明了对于硬核(独立集)模型和反铁磁Ising模型,当模型在d-正则树上具有非唯一性时,在d-正则图上近似模型的分拆函数或近似采样都是NP-困难的.再加上Jerrum-Sinclair,Weitz和Sinclair-Srivastava-Thurley给出的除唯一性阈值外的所有其他双自旋系统的FPRAS的结果,这给出了有界度图上双自旋系统的计算复杂性的几乎完整的分类。证明了在二分局部树状图上任意两个自旋系统的归一化对数分拆函数收敛于一个极限“自由能密度”,这与统计物理的Bethe(非严格)预言相一致.我们使用这个结果来描述局部树状二部扩展图上的两个自旋系统的局部结构,然后成为随机约简的基本工具,以近似MAX-CUT。我们的方法是新颖的,因为它没有使用二阶矩方法在以前的作品中对这些问题。
2012-03-12 cs.CC math-ph math.MP
Average-case hardness of Betti number estimation
Department of Computer Science, University of Oxford(牛津大学计算机科学系)
通过从种植团问题的归约,证明了随机团复形上Betti数估计的平均情况困难性,并推导出经典和量子TDA中多个问题的条件困难性结果,阐明了量子优势的结构性要求。
2026-09-14 cs.CC quant-ph
Streaming Hardness of Unique Games
我们研究了流模型中唯一游戏实例的近似值问题。一个简单的计数的数量的约束除以$p$,字母大小的唯一游戏,给出了一个平凡的$p$ -近似,可以计算在$O(\log n)$空间。同时,以高概率,$\tilde{O}(n)$约束的样本足以估计$(1+ε)$精度的最优值。我们证明,任何单通流算法,实现$(p-ε)$ -近似需要$Ω_ε(\sqrt{n})$空间。我们的证明是通过减少从下界的通信问题,这是一个$p$ ary变量的布尔隐藏匹配问题的文献中研究。考虑到Unique Games作为简化到其他优化问题的起点的效用,我们对Unique Games近似的强硬度可能会导致其他CSP类问题的流近似性的\emph{stream}硬度结果下降。
2018-11-12 cs.CC cs.DS
Counting Small Induced Subgraphs: Hardness via Fourier Analysis
University of Regensburg(雷根斯堡大学);IT University of Copenhagen(哥本哈根信息技术大学);Max Planck Institute for Informatics(马克斯·普朗克计算机科学研究所)
通过傅里叶分析,研究了诱导子图计数问题的计算难度,证明了在ETH假设下,某些图性质下的计数问题在时间复杂度上的下界。
2025-12-10 cs.CC cs.DS
Inapproximability of counting hypergraph colourings
最近的发展,在近似计数取得了惊人的进展,在发展快速算法的方法来近似的解决方案的数量约束满足问题(CSP)与大的arities,使用连接到Lovasz局部引理。然而,这些方法的边界与非布尔域的CSP没有很好地理解。我们在本文中的目标是填补这一空白,并通过研究这类CSP,超图着色的原型问题,获得强不可逼近的结果。更准确地说,我们主要研究了度有界的$Δ$的$K$ -一致超图的$q$ -着色的近似计数问题.如果$Δ\lesssim \frac{q^{K/3-1}}{4^KK^2}$(Jain,Pham和Vuong,2021; He,Sun和Wu,2021),则存在有效算法。然而,令人惊讶的是,硬度界限甚至不知道更容易的问题,找到着色。对于计数问题,情况甚至更不清楚,没有证据表明正确的常数控制$K$的指数增长。为此,我们首先建立,对于一般的$q$计算硬度找到一个简单的着色/线性超图发生在$Δ\gtrsim Kq^K$,几乎匹配的算法从Lovasz局部引理。我们的第二个和主要的贡献是获得一个更精细的计数问题,远远超出了硬度找到一个着色,我们猜想是渐近紧(常数因子)。我们特别表明,对于所有甚至$q\geq 4$它是NP-难近似的着色数时,$Δ\gtrsim q^{K/2}$。
2022-08-20 cs.CC cs.DM cs.DS
Detecting and Counting Small Subgraphs, and Evaluating a Parameterized Tutte Polynomial: Lower Bounds via Toroidal Grids and Cayley Graph Expanders
给定一个图的性质$Φ$,我们考虑问题$\mathtt{EdgeSub}(Φ)$,其中输入是一对图$G$和一个正整数$k$,任务是判定$G$是否包含一个满足$Φ$的$k$ -边子图.具体来说,我们研究了参数化的复杂性$\mathtt{EdgeSub}(Φ)$和它的计数问题$\#\mathtt{EdgeSub}(Φ)$方面的近似和精确计数。我们得到一个完整的图片小封闭属性$Φ$:决策问题$\mathtt{EdgeSub}(Φ)$总是承认一个FPT算法和计数问题$\#\mathtt{EdgeSub}(Φ)$总是承认一个FPTRAS。对于精确计数,我们提出了一个详尽的和明确的标准上的属性$Φ$,如果满足,产生固定参数的易处理性,否则$\#\mathsf{W[1]}$ -硬度。此外,我们的大多数硬度结果在所谓的指数时间假设下都有一个几乎严格的条件下限,排除了$\#\mathtt{EdgeSub}(Φ)$的算法,这些算法在任何可计算函数$f$的时间$f(k)\cdot|G|^{o(k/\log k)}$中运行。作为一个主要的技术成果,我们获得了一个完整的了解的系数的环形网格和选择凯莱图展开$\#\mathtt{EdgeSub}(Φ)$的同态基础。这使我们能够使用Curticapean,Dell和Marx(STOC'17)的复杂性单调性框架来建立精确计数的难度。我们的方法也可以应用到一个参数化的…
2021-04-29 cs.CC cs.DS
Problems hard for treewidth but easy for stable gonality
我们表明,一些自然的问题,XNLP-硬(这意味着W[t]-硬度的所有t)时,参数化的路径宽度或树宽,成为FPT时,参数化的稳定性,一种新的图形参数的基础上,从图到树的最佳映射。我们考虑的问题是经典的流和方向问题,例如具有下界的无向流(如Itai所示,它是强NP完全的),最小最大出度(Szeider证明了树宽的W[1]-硬度),以及容量限制优化问题,例如容量限制(红-蓝)支配集(Dom,Lokshtanov,Saurabh和Villanger证明了W[1]-硬度)。我们的硬度证明(击败现有的结果)使用减少到最近的XNLP完全问题(接受非确定性检查计数器机器)。新的容易参数化的算法使用一种新的概念加权树分区与相关的参数,我们称之为树宽,灵感来自Seese的概念的树部图,以及从动态规划和整数线性规划的技术。
2022-02-14 cs.CC cs.DM cs.DS
Minimum Connected Transversals in Graphs: New Hardness Results and Tractable Cases Using the Price of Connectivity
本文系统地研究了三个相关的横截问题:顶点覆盖、反馈顶点集和奇圈横截的连通变体的计算复杂性。就像它们的原始对应物一样,这些变体对于一般图是NP完全的。一个图$G$对某个图$H$是无$H$的,如果$G$不包含与$H$同构的导出子图.如果$H$包含爪或圈,则即使对于无$H$的图,连通点覆盖也是NP-完全的.我们表明,其他两个连接的变种也保持NP完全,如果$H$包含一个周期或爪。在其余情况下,$H$是线性森林。我们证明了对于每个常数$s\geq 1$,$sP_2$ -free图的连通顶点覆盖,连通反馈顶点集和连通奇循环translation是多项式时间可解的。为了证明这些结果,我们使用已知的顶点覆盖,反馈顶点集,奇循环断面的连通性的价格的结果。这是第一个应用程序的价格连接,导致多项式时间算法。
2017-09-21 cs.CC cs.DM cs.DS
Tight Complexity Bounds for Counting Generalized Dominating Sets in Bounded-Treewidth Graphs Part II: Hardness Results
本文针对有界树宽图中的广义 $(σ,ρ)$-集计数问题,基于 $\\#$SETH 证明配套算法的底数 $c_{σ,ρ}$ 不可改进,并将下界扩展到有限集合情形的判定版本。
2023-05-26 cs.CC cs.DS
Weighted Counting of Matchings in Unbounded-Treewidth Graph Families
本文考虑任意固定图族$\mathcal{G}$上匹配的加权计数问题,记作$\textrm{PrMatching}(\mathcal{G})$.输入由图$G\in \mathcal{G}$和$G$的每条边上存在的有理概率组成,假设独立性。输出是在所得分布中获得$G$的匹配的概率,即,成对不相交的一组边。已知,如果$\mathcal{G}$具有有界树宽,则$\textrm{PrMatching}(\mathcal{G})$可以在多项式时间内求解。在本文中,我们表明,在一些假设下,有界树宽实际上表征了这个问题的听话的图形家庭。更准确地说,我们显示棘手的所有图形家庭$\mathcal{G}$满足以下树宽的可构造性要求:给定一个整数$k$在一元,我们可以在多项式时间内构造一个图$G \in \mathcal{G}$的树宽至少$k$。我们的硬度结果是:对于任何树宽可构造的图族$\mathcal{G}$,问题$\textrm{PrMatching}(\mathcal{G})$是棘手的。这概括了在不限制树宽的一些限制下加权匹配计数的已知硬度结果,例如,是平面的,3-正则的,或二分的;它也回答了Amarilli,Bourhis和Senellart(PODS'16)中的一个问题。我们也得到了一个类似的下界加权计数的边缘覆盖。
2023-01-07 cs.CC cs.DM
Note on "The Complexity of Counting Surjective Homomorphisms and Compactions"
Focke,Goldberg和Rumivnnovel(arXiv 2017)证明了从一个没有循环的大型输入图G到一个可能有循环的固定图H的满射同态计数问题的复杂性二分法。本文给出了一个较弱结果的简短证明:即我们只证明了更一般的G有环问题的P-硬度。我们的证明是Lovász(2012)的一个强大框架的应用,它类似于Curticapean,Dell和Marx(STOC 2017)的证明,他们研究了“对偶”问题,其中模式图G很小,主图H是输入。独立地,Chen(arXiv 2017)使用Lovász的框架证明了一个复杂性二分法,用于计算固定有限结构的满射同态。
2017-10-04 cs.CC
Hardness Amplification via Group Theory
本文运用群论技术证明图计数问题在少量实例上求解的难度几乎与在所有实例上一样难,不仅解决了Goldreich关于模2的k-团计数随机归约问题,还在RETH假设下证明了模素数的唯一哈密顿环和唯一半团计数需要指数时间。
2024-11-14 cs.CC
Quantum Algorithms and Hardness for Point-Count Approximation over Finite Fields
Toyota Central R&D Labs., Inc.(丰田中央研究开发研究所)
本文针对有限域上劳伦多项式的点计数近似问题,提出了一种具有加性精度的量子算法,并证明该问题在支撑矩阵自由变化时为#P困难,明确了量子方法有效性与输入参数的权衡关系。
2026-08-26 cs.CC math.AG math.NT
Bounded Treewidth and Space-Efficient Linear Algebra
受Elberfeld,Jakoby和Tantau最近的一个结果表明,$\mathsf{MSO}$属性是有界树宽图的对数空间可计算的启发,我们考虑计算有界树宽图的邻接矩阵的行列式的复杂性,并作为我们的主要结果证明它是在对数空间。需要注意的是,行列式既不是$\mathsf{MSO}$ -属性,也不计算$\mathsf{MSO}$ -谓词的解的个数。这种技术产生的对数空间算法计算有界树宽有向图的生成树形图和有向欧拉图的数目。我们展示了一些线性代数的行列式算法的应用程序描述的特征多项式的对数空间程序,权力的加权有界树宽图和可行性的线性方程组的系统,其中底层的二分图有界树宽。最后,我们补充我们的上界证明$\mathsf{L}$ -硬度的问题的行列式计算,并供电有界树宽矩阵。我们还显示了$\mathsf{GapL}$ -硬度的迭代矩阵乘法,每个矩阵有界树的宽度。
2014-12-08 cs.CC
A dichotomy for bounded degree graph homomorphisms with nonnegative weights
我们考虑了由对称矩阵$A$定义的加权图同态的计数复杂性。每个对称矩阵$A$定义一个图同态函数$Z_A(\cdot)$,也称为分区函数。Dyer和Greenhill [10]对对称$\{0, 1\}$ -矩阵$A$建立了复杂性二分法$Z_A(\cdot)$,并进一步证明了它的#P-硬度部分对有界度图也成立. Bulatov和Grohe [4]将Dyer-Greenhill二分法推广到非负对称矩阵$A$上。然而,他们的硬度证明需要图的任意大的程度,以及是否有界的程度部分的Dyer-Greenhill二分法可以扩展一直是一个开放的问题15年。我们解决了这个公开的问题,并证明了非负对称$A$,无论是$Z_A(G)$是在多项式时间的所有图$G$,或它是#P-困难的有界度(和简单)图$G$。我们进一步扩展的复杂性二分法,包括非负的顶点权重。此外,我们证明了Goldberg等人[12]对$Z_A(\cdot)$的二分法的#P-硬度部分也适用于简单图,其中$A$是任何实对称矩阵。
2020-02-05 cs.CC
On the Hardness of PosSLP
本文基于 Dutta 等人的多项式根式猜想,证明若 PosSLP 属于 BPP 则 NP 包含于 BPP,给出其首个有条件非平凡下界,并证明 SLP 表示的整数一元多项式实根计数是 #P 难的。
2023-07-16 cs.CC cs.NA math.NA
Coloring Hardness on Low Twin-Width Graphs
Univ Lyon, CNRS, ENS de Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, LIP UMR5668(里昂大学、法国国家科学研究中心、巴黎高等师范学校里昂分校、克洛德·贝尔纳里昂大学、LIP UMR5668)
研究显示,尽管某些NP难问题在双宽度为4的图类上仍难解,但Min Coloring在双宽度为3的图类上为NP难,揭示了该类图在着色问题上的新特性。
2026-03-13 cs.CC cs.DM cs.DS
Uniform Reliability for Unbounded Homomorphism-Closed Graph Queries
我们研究了一致查询可靠性问题,即对于一个固定的布尔查询Q,给定一个实例I,有多少个子实例I满足Q。等价地,这是在元组独立的概率数据库上的布尔查询评估的受限情况,其中所有事实必须具有概率1/2。我们专注于图形签名,并在同态下关闭查询。我们表明,对于任何这样的查询是无界的,即,不等价于合取查询的并集,一致可靠性问题是#P-hard的。这重新获得了硬度,例如,的s-t连通性,它计数有多少输入图的子图具有源和汇之间的路径。这个新的统一可靠性的硬度结果加强了我们早期的硬度结果的概率查询评估无界同态封闭查询(ICDT'20)。事实上,我们之前的证明关键地使用了概率为1的事实,所以它不适用于未加权的情况。本文提出的新证明避免了这一点,它使用我们最近的硬度结果一致的可靠性非层次的合取查询没有自连接(ICDT'21),以及新的技术。
2023-01-17 cs.CC cs.DB cs.DM
Descent Before Hardness: Orbit-Gap Obstructions in Exact Certification
McGill University(麦吉尔大学)
本文通过Rice定理的结构类比,研究有限加权布尔优化/CSP风格切片中可处理性分类的精确性,提出闭包不变性作为正确分类的必要条件,并给出闭包不变分类的充要条件及四种阻碍族。
2026-07-01 cs.AI cs.CC cs.LO
Hardness for Triangle Problems under Even More Believable Hypotheses: Reductions from Real APSP, Real 3SUM, and OV
$3$ SUM假说、APSP假说和SETH假说是细粒度复杂性的三个主要假说。到目前为止,在该领域内,前两个假设主要是关于Word RAM计算模型中的整数输入。“实APSP”和“实$3$ SUM”假设断言APSP和$3$ SUM假设在实RAM模型的合理版本中对实值输入成立,甚至比它们的整数对应物更可信。在非常可信的假设下,至少有一个$3$ SUM假设,SENAPSP假设或SETH是真的,Abboud,Vassilevska W。和Yu [STOC 2015]表明,一个名为Triangle Collection的问题需要在$n$节点图上花费$n^{3-o(1)}$时间。我们的主要结果是一个非平凡的下限略推广三角形集合,称为全彩色对三角形集合,在更可信的假设下,至少有一个真正的$3$总和,真正的APSP,和OV假设是真的。结合轻微的修改前减少,我们得到多项式条件下界的问题,如(静态)ST-最大流量问题和动态最大流量,现在在新的较弱的假设。我们的主要结果是建立在以下两条减少线。* 实APSP和实$3$ SUM硬度用于全边稀疏三角形问题。以前的减少只从这些问题的整数变量。* 布尔矩阵乘法问题变体的真实APSP和OV难度。一路上,我们证明了三角形集合等价于问题的一个更简单的限制版本,简化了先前的工作。我们的技术也有其他有趣的影响,如超线性下限的所有数字$3$ SUM的基础上,真正的$3$ SU…
2022-04-14 cs.CC cs.DS
Algorithms and Hardness for Multidimensional Range Updates and Queries
传统的正交范围问题允许在一组静态点上进行查询,每个点都有一些值。动态变量允许一次添加或删除一个点。为了支持更强大的更新,我们引入了一维或多维整数数组上的数据结构问题的Grid Range类。这些问题允许范围更新(例如用常数填充范围中的所有单元格)和查询(例如查找范围中的值的总和或最大值)。在这项工作中,我们考虑这些操作以及更新,将范围中的每个单元格替换为最小值,最大值或其现有值的总和以及常数。在一个维度上,已知的是,可以利用段树来在总体上$\tilde{O}(n)$时间内促进这些操作中的任何$n$。除了一些特定的情况下,到目前为止,更高维度的变体在很大程度上尚未探索。我们证明,没有真正的次二次时间算法可以同时支持这些更新的某些对而不伪造几个流行的猜想。在积极的一面,我们表明,真正的次二次算法可以得到其他子集引起的变种。我们提供了两种方法来设计这样的算法,可以推广到在线和高维设置。首先,我们给几乎紧$\tilde{O}(n^{3/2})$时间算法的单更新的变种,更新操作分布在查询操作。其次,对于其他变体,我们提供了一个通用的框架,用于减少到具有特殊几何形状的实例。利用这一点,我们表明,$O(m^{3/2-ε})$时间算法计算路径和行走的长度为2和3之间的顶点对稀疏图意味着真正的次二次数据结构的某些变种,为此,我们给出了一个$\tilde{O}(m^{(4ω-1)/(2ω+1)}) =…
2021-01-06 cs.CC cs.CG cs.DS
Organization mechanism and counting algorithm on Vertex-Cover solutions
计算组合优化问题的解数是计算复杂性研究中的一个重要课题,特别是在P-完全复杂性类上。本文首先利用未冻结顶点的连通度和连通分支研究了顶点覆盖未冻结子图的一些组织形式。在此基础上,提出了一种点覆盖解计数算法,并给出了算法的复杂度分析,其结果与模拟结果吻合良好,且在c = e邻域内比1-RSB算法有更好的性能。在此基础上,研究了解数统计量的变化和波动,揭示了解数的演化机理。此外,还研究了随机图和无标度图解空间的边缘概率分布,以说明它们解空间的不同演化特征。因此,基于解空间的图表示进行解的计数是研究NP完全问题和#P完全问题的困难性的一种有意义的方法,适当的算法设计可以使组合优化问题和相应的计数问题得到更好的近似解。
2015-01-12 cs.CC
Lossless Hardness Condensation in Deterministic Communication Complexity
University of New South Wales (UNSW)(新南威尔士大学)
本文证明确定性通信复杂度为 c 的矩阵存在接近最大难度的子矩阵,肯定回答无损凝聚问题,并给出构造性算法。
2026-09-25 cs.CC
Exponential Hardness of Reinforcement Learning with Linear Function Approximation
University of California, San Diego(加州大学圣地亚哥分校);DeepMind(深度思维);University of Alberta(阿尔伯塔大学);University College London(伦敦大学学院)
强化学习理论中的一个基本问题是:假设最优价值函数在给定特征下是线性的,我们能有效地学习它们吗?这个问题在监督学习中的对应部分,线性回归,可以在统计和计算上有效地解决。因此,当最近的工作\cite{kane2022computational}显示线性强化学习的计算统计差距时,这是非常令人惊讶的:即使有多项式样本复杂度算法,除非NP = RP,否则没有多项式时间算法用于此设置。在这项工作中,我们建立在他们的结果,以显示一个计算下限,这是指数的特征维度和地平线,线性强化学习下的随机指数时间假设。为了证明这一点,我们构建了一个基于回合的游戏,在每一轮中,学习者都在单位超立方体中搜索未知向量。这个游戏中的奖励被选择为使得如果学习者获得大的奖励,则学习者的动作可以用于模拟解决3-SAT的变体,其中(a)每个变量出现在有限数量的子句中(b)如果实例没有解,则它也没有满足多于(1- $ε$)分数的子句的解。我们使用标准约简来证明这个3-SAT变体与3-SAT近似一样难。最后,我们还显示了一个下限优化的水平依赖,几乎匹配的最佳已知的上界的$\exp(\sqrt{H})$。
2023-02-25 cs.AI cs.CC cs.LG
Average-Case Hardness of Parity Problems: Orthogonal Vectors, k-SUM and More
本文为 k-XOR、k-SUM 和 k-OV 的奇偶性计数版本建立平均情况下的条件性下界,通过自归约和新的最坏情况到平均情况归约框架,证明在相应假设下这些问题的平均难度至少为 n^Ω(√k) 或 n^Ω(k^{1/3})。
2025-03-27 cs.CC