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NP/co-NP問題に多項式帰着可能な問題はNP/co-NPに属するか

@rjkuroさんと雑談してるときに教えてもらったstackexchangeの投稿

cs.stackexchange.com

  • 問1以下の前提の時AはNPか?
    • 前提
      • 多項式時間変換 A\leq_PBが存在する
      • BはNPである
  • 問2またBがNPではなくco- NPだとすると、Aもco-NPか

私見

問1、問2ともに成り立つ

Bの検証アルゴリズムとBのcertificateはそのままAの検証に利用できる

  • 多項式変換の定義 (組み合わせ最適p424)

定義15.17 P_1 = (X_1,Y_1)とP_2=(X_2,Y_2)を決定問題とする全てのx_1 ∈ Y_1に対して f(x_1) ∈Y_2であり、かつ全てのx_1 ∈ X1\Y2に対してf(x_1) ∈ X_2 \Y_2となる多項式時間計算可能な関数f:X_1→X_2が存在する時、P_1はP_2に多項式変換(polynomially transform)されるという。

より A \leq_P B多項式変換可能な時、Aの任意のインスタンをBの任意のインスタンスに変換する多項式時間アルゴリズムfが存在する。そのfを今回は f_tとする(transのtとした)

この時Aに対する検証アルゴリズム f'_b(f_t(y_A)\sharp c)と表すことができる。この関数の計算量はPでありかつAの任意のイエスインスタンスをBのcertificateを使って検証可能。

  • 問2のco-NPも同様

  • 補問題の定義 \overline{A} =(X_A,X_A-Y_A)

    •  \overline{A}の問題空間はAと同じ。
    •  \overline{A}のyes-instanceはAのno-instanceとなる
    •  \overline{A}のno-instanceに対するcertificate( f'(x \sharp c )=0を示す)を行える証明bit cは上記NPに関する証明と同じ手段で存在することは示せる。
      •  f'_b(f_t(n_\overline{A})\sharp c)=0
        • 表記の都合上no-instanceをnとした
  • 故にこのco-NPなBに多項式帰着可能な問題Aは何らかの問題の補問題になっているといえる。

  • なんかおかしいこと書いてたら教えてください

  • 関係ないけど数式内(tex)に使う#が不格好。
    • なんかこの記号多分Markdowntexのメタ文字とかぶってるからうまくエスケープできない

組合せ最適化 第2版 (理論とアルゴリズム)

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