Θεμελιώδη Θέματα Επιστήμης Υπολογιστών
|
|
- Λωΐς Παπαστεφάνου
- 6 χρόνια πριν
- Προβολές:
Transcript
1 Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Θεμελιώδη Θέματα Επιστήμης Υπολογιστών Μετασχηματισμοί Υπολογιστικών Προβλημάτων Αναγωγές και Πληρότητα Προσαρμογή από διαφάνειες Σταύρου Νικολόπουλου (Παν. Ιωαννίνων)
2 Αναγωγές ΜΕΓΙΣΤΗ-ΑΥΞΟΥΣΑ-ΥΠΑΚΟΛΟΥΘΙΑ ΜΕΓΙΣΤΗ-ΔΙΑΔΡΟΜΗ-DAG Α = (5, 2, 8, 6, 3, 6, 9, 7) Δημιουργούμε ένα G με ΟΛΕΣ τις επιτρεπτές μεταβάσεις
3 Αναγωγές ΜΕΓΙΣΤΗ-ΑΥΞΟΥΣΑ-ΥΠΑΚΟΛΟΥΘΙΑ ΜΕΓΙΣΤΗ-ΔΙΑΔΡΟΜΗ-DAG Α = (5, 2, 8, 6, 3, 6, 9, 7) Λύση: (2, 3, 6, 7) Υπάρχει 1-1 αντιστοιχία ανάμεσα στις αύξουσες υπακολουθίες και στις διαδρομές του DAG
4 Αναγωγές Υπολογισμός Τέλεια Αντιστοίχιση Μέγιστη Ροή Πρόσφατα είδαμε ότι: Μπορούμε να «ανάγουμε» το πρόβλημα της Τέλειας Αντιστοίχισης σε πρόβλημα Μεγίστης Ροής
5 Αναγωγές ΤΕΛΕΙΑ-ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΙΣΗ ΜΕΓΙΣΤΗ-ΡΟΗ ΑΓΟΡΙΑ ΚΟΡΙΤΣΙΑ Άγγελος Δανάη Γιάννης Ιωσήφ Δημήτρης Άννα Μαρία Κατερίνα Πρόβλημα: Είναι δυνατόν να επιλεγούν ζευγάρια έτσι ώστε: όλοι να έχουν από ένα μόνο σύντροφο, και να είναι κάποιος που συμπαθούν
6 Αναγωγές ΤΕΛΕΙΑ-ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΙΣΗ ΜΕΓΙΣΤΗ-ΡΟΗ Με όρους Γραφοθεωρίας το πρόβλημα διατυπώνεται ως εξής: Υπάρχει μια τέλεια αντιστοίχιση (perfect matching) Αναγωγή Άγγελος Δανάη Γιάννης Άννα Ιωσήφ Μαρία Δημήτρης Κατερίνα
7 Αναγωγές ΤΕΛΕΙΑ-ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΙΣΗ ΜΕΓΙΣΤΗ-ΡΟΗ Εισάγουμε 2 κόμβους s και t Εισάγουμε κατευθύνσεις και ορίζουμε το δίκτυο Δ S Άγγελος Δανάη Γιάννης Άννα Ιωσήφ Μαρία Δημήτρης Κατερίνα Δ t
8 Αναγωγές ΤΕΛΕΙΑ-ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΙΣΗ ΜΕΓΙΣΤΗ-ΡΟΗ Δίνουμε σε κάθε ακμή χωρητικότητα 1 Και τότε, υπάρχει τέλεια αντιστοίχιση εάν-ν το δίκτυο Δ δίνει μια ροή f με μέγεθος f = πλήθος των ζευγαριών 1 1 S Άγγελος 1 1 Γιάννης Ιωσήφ Δημήτρης Δ Δανάη Άννα Μαρία Κατερίνα 1 1 t 1
9 Αναγωγές ΤΕΛΕΙΑ-ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΙΣΗ ΜΕΓΙΣΤΗ-ΡΟΗ Υπολογίζουμε μια Μέγιστη Ροή στο δίκτυο Δ Άγγελος 1 1 S 1 1 Δ Δανάη Γιάννης Άννα Ιωσήφ Μαρία Δημήτρης Κατερίνα t 1
10 Αναγωγές ΤΕΛΕΙΑ-ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΙΣΗ ΜΕΓΙΣΤΗ-ΡΟΗ Υπολογίζουμε μια Μέγιστη Ροή στο δίκτυο Δ Και παίρνουμε μια τέλεια αντιστοίχιση Άγγελος Δανάη Γιάννης Άννα Ιωσήφ Μαρία Δημήτρης Κατερίνα Ιδιότητα: Εάν όλες οι χωρητικότητες των ακμών είναι ακέραιες, τότε η βέλτιστη ροή είναι ακέραιη
11 Αναγωγές Μια πιο Τυπική Θεώρηση Λέμε ότι Α Β εάν μπορούμε να διατυπώσουμε έναν Αλγόριθμο πολυωνυμικού χρόνου για την επίλυση του Α χρησιμοποιώντας έναν Αλγόριθμο για την επίλυση του Β Αλγόριθμος για το Α x προεπεξεργασία y Αλγόριθμος Β(y) για το Β μετεπεξεργασία Α(x) Σημείωση: Στην πραγματικότητα, μπορεί να έχουμε ή και να μην έχουμε αλγόριθμο για το Β
12 Αναγωγές Γιατί Αναγωγές Δίνουν νέους αλγορίθμους: εάν Α Β και έχουμε έναν αλγόριθμο για το Β, τότε μπορούμε να τον χρησιμοποιήσουμε για να λύσουμε το πρόβλημα Α Επιτρέπουν συγκρίσεις και κατηγοριοποιήσεις : μια αναγωγή Α Β μας επιτρέπει να συγκρίνουμε τις πολυπλοκότητες των Α και Β και να τα κατηγοριοποιήσουμε ανάλογα με τη δυσκολία τους Αναγωγές : ΜΕΓΙΣΤΗ-ΑΥΞΟΥΣΑ-ΥΠΑΚΟΛΟΥΘΙΑ ΜΕΓΙΣΤΗ-ΔΙΑΔΡΟΜΗ-DAG ΤΕΛΕΙΑ-ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΙΣΗ ΜΕΓΙΣΤΗ-ΡΟΗ ΜΕΓΙΣΤΗ-ΔΙΑΔΡΟΜΗ-DAG ΕΛΑΧΙΧΤΗ-ΔΙΑΔΡΟΜΗ-DAG
13 Αναγωγές Γιατί Αναγωγές Δίνουν νέους αλγορίθμους : εάν Α Β και έχουμε έναν αλγόριθμο για το Β, τότε μπορούμε να τον χρησιμοποιήσουμε για να λύσουμε το πρόβλημα Α Επιτρέπουν συγκρίσεις και κατηγοριοποιήσεις : μια αναγωγή Α Β μας επιτρέπει να συγκρίνουμε τις πολυπλοκότητες των Α και Β και να κατηγοριοποιήσουμε αυτά ανάλογα με τη δυσκολία τους Γενικά, διευρύνουν : την αλγοριθμική μας ικανότητα την επιστημονική μας σκέψη το πεδίο γνώσης της επιστήμης μας
14 Αναγωγές Γιατί Αναγωγές Ειδικά, οι αναγωγές είναι χρήσιμες: Για επινόηση και δημιουργία ΝΕΩΝ αλγορίθμων για ΝΕΑ προβλήματα (άνω φράγματα) Για απόδειξη ότι ΚΑΠΟΙΑ προβλήματα δεν μπορούν να εκτελεστούν γρηγορότερα από ένα πολυωνυμικό χρόνο T(n) Ή για εύρεση ενδείξεων ότι δεν υπάρχουν αποτελεσματικοί αλγόριθμοι για ΚΑΠΟΙΑ άλλα προβλήματα (κάτω φράγματα)
15 Αναγωγές Άνω και Κάτω Φράγματα Έστω η αναγωγή Α Β Άνω φράγμα Εάν υπάρχει αλγόριθμος πολυωνυμικού χρόνου για το Β, τότε υπάρχει ένας και για το Α Το Α είναι το πολύ ίδιας δυσκολίας με το Β Κάτω φράγμα Αντίστροφα, εάν δεν υπάρχει πολυωνυμικός αλγόριθμος για το Α, τότε δεν υπάρχει ούτε για το Β Το Β είναι τουλάχιστον ίδιας δυσκολίας με το Α
16 Προβλήματα Αναζήτησης και Βελτιστοποίησης Τι αλγορίθμους έχουμε δει έως τώρα Αναπτύξαμε αλγορίθμους για να βρίσκουμε: ελάχιστες διαδρομές, αντιστοιχίσεις σε διμερή γραφήματα, μέγιστες ροές σε δίκτυα, και γενικά, για να βρίσκουμε βέλτιστες (optimal) λύσεις με χρήση έξυπνων αλγοριθμικών τεχνικών και αναγωγών Όλοι αυτοί οι αλγόριθμοι είναι αποδοτικοί (efficient) ο χρόνος εκτέλεσής τους T(n) είναι πολυωνυμική συνάρτηση του μεγέθους της εισόδου n (όπως n, n2, n3, )
17 Προβλήματα Αναζήτησης και Βελτιστοποίησης Τι αναζητούμε σε όλα αυτά τα Προβλήματα Σε όλα αναζητούμε μια λύση, για παράδειγμα: μια διαδρομή, ένα δένδρο, μια αντιστοίχιση, κλπ ανάμεσα σε ένα εκθετικό πλήθος λύσεων Πράγματι: n αγόρια μπορούν να αντιστοιχηθούν με n κορίτσια με n διαφορετικούς τρόπους ένα γράφημα τάξης n έχει nn-2 συνδετικά δένδρα ένα τυπικό γράφημα τάξης n έχει εκθετικό πλήθος διαδρομών από τον κόμβο s στον t.
18 Προβλήματα Αναζήτησης και Βελτιστοποίησης ΌΛΑ αυτά τα Προβλήματα Αναζήτησης και Βελτιστοποίησης θα μπορούσαν να λυθούν σε εκθετικό χρόνο Με τον έλεγχο όλων των υποψηφίων λύσεων, μία προς μία Όμως, ένας αλγόριθμος με εκθετική πολυπλοκότητα, όπως T(n) = 2n, είναι πρακτικά άχρηστος Τι Θέλουμε Έξυπνες και Πρωτότυπες Ιδέες για να παρακάμψουμε την Εξαντλητική Αναζήτηση
19 Προβλήματα Αναζήτησης και Βελτιστοποίησης Υπάρχουν Έξυπνες και Πρωτότυπες Ιδέες ΝΑΙ έχουμε δει αλγοριθμικές τεχνικές που «κατατροπώνουν» τον εφιάλτη της εκθετικότητας Άπληστη τεχνική Δυναμικός προγραμματισμός Γραμμικός Προγραμματισμός Κάποτε όμως έρχεται και η ώρα της Αποτυχίας
20 Προβλήματα Αναζήτησης και Βελτιστοποίησης Τι σημαίνει «Αποτυχία» Υπάρχουν κάποια «προβλήματα αναζήτησης» για τα οποία : δεν φαίνεται να υπάρχει αποτελεσματικός τρόπος επίλυσης Τι ξέρουμε για τα προβλήματα αυτά Οι ταχύτεροι αλγόριθμοι που γνωρίζουμε είναι όλοι εκθετικοί Ορίστε μερικά από αυτά...
21 Προβλήματα Αναζήτησης και Βελτιστοποίησης 1 Ικανοποιησιμότητα Πρόβλημα SAT Μας δίδεται ένας λογικός τύπος (Boolean formula) σε κανονική συζευκτική μορφή (CNF), όπως για παράδειγμα: (x y z) (x y) (y z) (z x) (x y z) και μας ζητείται είτε να βρούμε μια ικανοποιούσα ανάθεση τιμών αληθείας (satisfying truth assignment) ή να αναφέρουμε ότι δεν υπάρχει καμία Μια ικανοποιούσα ανάθεση τιμών αληθείας είναι μια ανάθεση τιμών true ή false σε κάθε μεταβλητή έτσι ώστε ο λογικός τύπος να είναι true
22 Προβλήματα Αναζήτησης και Βελτιστοποίησης 2 Το πρόβλημα του Περιοδεύοντος Πωλητή Πρόβλημα TSP Μας δίδεται ένα πλήρες έμβαρο γράφημα n κόμβων, καθώς και ένας προϋπολογισμός b, και μας ζητείται μια περιήγηση (tour), δηλαδή ένας κύκλος που διέρχεται από κάθε κόμβο μία μόνο φορά, με συνολικό κόστος το πολύ b ή να αναφέρουμε ότι δεν υπάρχει τέτοια περιήγηση Η βέλτιστη περιήγηση του παραδείγματος έχει κόστος 16
23 Προβλήματα Αναζήτησης και Βελτιστοποίησης 3 Ανεξάρτητα Σύνολα Γραφημάτων Πρόβλημα ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Μας δίδεται ένα γράφημα n κόμβων και ένας ακέραιος k, και μας ζητείται να βρούμε ένα σύνολο ΙS με k κόμβους οι οποίοι είναι ανεξάρτητοι (independent), δηλαδή ανά δύο δεν έχουν καμία ακμή μεταξύ τους, ή να αναφέρουμε ότι δεν υπάρχει τέτοιο σύνολο κόμβων Το πρόβλημα λύνεται αποδοτικά σε δένδρα, αλλά όχι σε γενικά γραφήματα
24 Προβλήματα Αναζήτησης και Βελτιστοποίησης 4 Κάλυψη Γραφήματος με Κόμβους Πρόβλημα ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ Μας δίδεται ένα γράφημα n κόμβων και ένας ακέραιος k, και μας ζητείται να βρούμε ένα σύνολο VC με k κόμβους οι οποίοι καλύπτουν κάθε ακμή, δηλαδή κάθε ακμή έχει τουλάχιστον ένα κόμβο της στο σύνολο VC, ή να αναφέρουμε ότι δεν υπάρχει τέτοιο σύνολο κόμβων Το πρόβλημα λύνεται αποδοτικά σε κάποιες κλάσεις γραφημάτων, αλλά όχι σε γενικά γραφήματα
25 Προβλήματα Αναζήτησης και Βελτιστοποίησης 5 Κλίκες Γραφημάτων Πρόβλημα ΚΛΙΚΑ Μας δίδεται ένα γράφημα n κόμβων και ένας ακέραιος k, και μας ζητείται να βρούμε ένα σύνολο CL με k κόμβους οι οποίοι έχουν πλήρη σύνδεση, δηλαδή ανά δύο έχουν ακμή μεταξύ τους, ή να αναφέρουμε ότι δεν υπάρχει τέτοιο σύνολο κόμβων Το πρόβλημα λύνεται αποδοτικά σε κάποιες κλάσεις γραφημάτων, αλλά όχι σε γενικά γραφήματα
26 Προβλήματα Αναζήτησης και Βελτιστοποίησης 6 Μέγιστες Διαδρομές Πρόβλημα ΜΕΓΙΣΤΗ-ΔΙΑΔΡΟΜΗ Μας δίδεται ένα έμβαρο γράφημα n κόμβων (με μη-αρνητικά βάρη) και δύο διακριτοί κόμβοι s και t μαζί με έναν ακέραιο k, και μας ζητείται να βρούμε μια διαδρομή Δ από τον s στον t με συνολικό κόστος τουλάχιστον k s ή να αναφέρουμε ότι δεν υπάρχει τέτοια διαδρομή Για να αποφύγουμε τετριμμένες λύσεις απαιτούμε η διαδρομή να είναι απλή, δηλαδή να μην περιέχει επαναλαμβανόμενους κόμβους t
27 Κλάσεις Προβλημάτων Δύσκολα & Εύκολα Προβλήματα Δύσκολα Προβλήματα 3SAT TSP ΜΕΓΙΣΤΗ ΔΙΑΔΡΟΜΗ ΣΑΚΙΔΙΟ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ ΣΥΝΟΛΟ ILP ΔΙΑΔΡΟΜΗ HAMILTON Εύκολα Προβλήματα 2SAT MST EΛΑΧΙΣΤΗ ΔΙΑΔΡΟΜΗ ΜΟΝΑΔΙΑΙΟ ΣΑΚΙΔΙΟ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕ ΔΕΝΔΡΑ LP ΔΙΑΔΡΟΜΗ EULER
28 Κλάσεις Προβλημάτων Δύσκολα & Εύκολα Προβλήματα Δύσκολα Προβλήματα 3SAT TSP ΜΕΓΙΣΤΗ ΔΙΑΔΡΟΜΗ ΣΑΚΙΔΙΟ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ ΣΥΝΟΛΟ ILP ΔΙΑΔΡΟΜΗ HAMILTON Εύκολα Προβλήματα Όλα τα προβλήματα εδώ λύνονται αποδοτικά με αλγορίθμους: Αναζήτησης σε γραφήματα Άπληστων τεχνικών Ροών Δυναμικού προγραμματισμού Γραμμικού προγραμματισμού
29 Κλάσεις Προβλημάτων Δύσκολα & Εύκολα Προβλήματα Δύσκολα Προβλήματα Θλιβερή Αντίθεση Τα προβλήματα εδώ είναι όλα δύσκολα, όλα για τον ίδιο λόγο Στη βάση τους είναι όλα το ίδιο πρόβλημα με διαφορετικές μεταμφιέσεις Εύκολα Προβλήματα Όλα τα προβλήματα εδώ λύνονται αποδοτικά με αλγορίθμους: Αναζήτησης σε γραφήματα Άπληστων τεχνικών Ροών Δυναμικού προγραμματισμού Γραμμικού προγραμματισμού
30 Κλάσεις Προβλημάτων Δύσκολα & Εύκολα Προβλήματα Δύσκολα Προβλήματα Θλιβερή Αντίθεση Τα προβλήματα εδώ είναι όλα δύσκολα, όλα για τον ίδιο λόγο Στη βάση τους είναι όλα το ίδιο πρόβλημα NP-πλήρη Εύκολα Προβλήματα Όλα τα προβλήματα εδώ λύνονται αποδοτικά με αλγορίθμους: Αναζήτησης σε γραφήματα Άπληστων τεχνικών Ροών Δυναμικού προγραμματισμού Γραμμικού προγραμματισμού
31 Κλάσεις Προβλημάτων P και NP Γνωρίζουμε τι είναι ένα Πρόβλημα Αναζήτησης Χαρακτηριστικό: Μια προτεινόμενη λύση S μπορεί να ελεγχθεί γρήγορα για την ορθότητά της Υπάρχει αποδοτικός (πολυωνυμικός) αλγόριθμος ελέγχου C Ο χρόνος εκτέλεσης του αλγόριθμου C(I, S) φράσσεται από ένα πολυώνυμο ως προς Ι, όπου Ι ένα στιγμιότυπο. Συμβολίζουμε την κλάση ΌΛΩΝ των ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗΣ που μια Λύση τους Ελέγχεται σε ΠΟΛΥΩΝΥΜΙΚΟ ΧΡΟΝΟ με NP
32 Κλάσεις Προβλημάτων P και NP Γνωρίζουμε τι είναι ένα Πρόβλημα Αναζήτησης NP Συμβολίζουμε την κλάση ΌΛΩΝ των ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗΣ που μια Λύση τους Ελέγχεται σε ΠΟΛΥΩΝΥΜΙΚΟ ΧΡΟΝΟ με NP
33 Κλάσεις Προβλημάτων P και NP Γνωρίζουμε ΠΟΛΛΑ πρόβλημα αναζήτησης NP τα οποία μπορούν να λυθούν σε πολυωνυμικό χρόνο NP P Συμβολίζουμε την κλάση ΌΛΩΝ των ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗΣ που Μπορούν να Λυθούν σε ΠΟΛΥΩΝΥΜΙΚΟ ΧΡΟΝΟ με P
34 Κλάσεις Προβλημάτων Το Μεγάλο Ερώτημα Πόσα ΠΟΛΛΑ πρόβλημα αναζήτησης NP υπάρχουν που μπορούν να λυθούν σε πολυωνυμικό χρόνο NP P Συμβολίζουμε την κλάση ΌΛΩΝ των ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗΣ που Μπορούν να Λυθούν σε ΠΟΛΥΩΝΥΜΙΚΟ ΧΡΟΝΟ με P
35 Κλάσεις Προβλημάτων Το Μεγάλο Ερώτημα Μήπως ΟΛΑ τα πρόβλημα αναζήτησης NP μπορούν να λυθούν σε πολυωνυμικό χρόνο NP P Συμβολίζουμε την κλάση ΌΛΩΝ των ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗΣ που Μπορούν να Λυθούν σε ΠΟΛΥΩΝΥΜΙΚΟ ΧΡΟΝΟ με P
36 Κλάσεις Προβλημάτων Το Μεγάλο Ερώτημα Μήπως ΟΛΑ τα πρόβλημα αναζήτησης NP μπορούν να λυθούν σε πολυωνυμικό χρόνο P = NP Συμβολίζουμε την κλάση ΌΛΩΝ των ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗΣ που Μπορούν να Λυθούν σε ΠΟΛΥΩΝΥΜΙΚΟ ΧΡΟΝΟ με P
37 Κλάσεις Προβλημάτων Το Μεγάλο Ερώτημα Υπάρχουν στο NP πρόβλημα αναζήτησης τα οποία δεν μπορούν να λυθούν σε πολυωνυμικό χρόνο NP Ισχύει P NP P Οι περισσότεροι ερευνητές αλγορίθμων πιστεύουν πως Ναι Είναι δύσκολο να πιστέψουμε ότι μπορεί πάντοτε να αποφευχθεί η εκθετική αναζήτηση... Ή, ότι μια τεχνική θα «σπάσει» όλα αυτά τα δύσκολα προβλ/τα Υπάρχει ένας καλός λόγος για να πιστεύουν οι μαθ/κοί ότι P NP
38 Κλάσεις Προβλημάτων Το Μεγάλο Ερώτημα Υπάρχουν στο NP πρόβλημα αναζήτησης τα οποία δεν μπορούν να λυθούν σε πολυωνυμικό χρόνο NP Ισχύει P NP P Οι περισσότεροι ερευνητές αλγορίθμων πιστεύουν πως Ναι Ωστόσο... δεν υπάρχει απόδειξή... και η απόδειξη φαίνεται εξαιρετικά δύσκολη Το ερώτημα είναι ένα από τα βαθύτερα και πιο σημαντικά αναπάντητα ερωτήματα της επιστήμης μας
39 Κλάσεις Προβλημάτων Δύσκολα Προβλήματα Εάν ισχύει : P NP «Ζώνη Αβεβαιότητας» NP-P P NP Αύξουσα Δυσκολία
40 Κλάσεις Προβλημάτων Πάλι Αναγωγές Εάν δεχθούμε ότι ισχύει : P NP Τι ισχύει για τα προβλήματα αναζήτησης του αριστερού πίνακα Υπάρχουν ενδείξεις ότι αυτά είναι ιδιαίτερα προβλήματα και ότι δεν έχουν αποδοτικούς αλγορίθμους επίλυσης 3SAT TSP ΜΕΓΙΣΤΗ ΔΙΑΔΡΟΜΗ ΣΑΚΙΔΙΟ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ ΣΥΝΟΛΟ ILP ΔΙΑΔΡΟΜΗ HAMILTON Τέτοιες ενδείξεις παρέχουν οι Αναγωγές 2SAT MST EΛΑΧΙΣΤΗ ΔΙΑΔΡΟΜΗ ΜΟΝΑΔΙΑΙΟ ΣΑΚΙΔΙΟ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕ ΔΕΝΔΡΑ LP ΔΙΑΔΡΟΜΗ EULER
41 Κλάσεις Προβλημάτων Πάλι Αναγωγές Θα δείξουμε, μέσω αναγωγών, ότι : όλα τα προβλήματα του πίνακα, κατά μία έννοια (υπολογιστικά), είναι ακριβώς το ίδιο πρόβλημα είναι τα δυσκολότερα στην κλάση NP εάν ένα λυθεί πολυωνυμικά, τότε κάθε πρόβλημα στην NP λύνεται πολυωνυμικά 3SAT TSP ΜΕΓΙΣΤΗ ΔΙΑΔΡΟΜΗ ΣΑΚΙΔΙΟ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ ΣΥΝΟΛΟ ILP ΔΙΑΔΡΟΜΗ HAMILTON Έτσι, εάν πιστεύουμε ότι P NP τότε όλα τα προβλήματα του πίνακα είναι δύσκολα
42 Κλάσεις Προβλημάτων Πάλι Αναγωγές Ας θυμηθούμε... οι αναγωγές εκφράζουν ένα πρόβλημα αναζήτησης σε κάποιο άλλο Α Β Αλγόριθμος για το Α x προεπεξεργασία y Αλγόριθμος Β(y) για το Β ΤΕΛΕΙΑ-ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΙΣΗ ΜΕΓΙΣΤΗ-ΡΟΗ ΤΙΜΗ-ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ LP μετεπεξεργασία Α(x)
43 Κλάσεις Προβλημάτων Πάλι Αναγωγές Ας θυμηθούμε... έως τώρα, ο σκοπός της αναγωγής ήταν σαφής και έντιμος Α Β Άνω Φράγματα γνωρίζουμε έναν αποδοτικό αλγόριθμο για να λύνουμε το Β, και τον χρησιμοποιούμε για να λύσουμε αποδοτικά το πρόβλημα Α ΤΕΛΕΙΑ-ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΙΣΗ ΜΕΓΙΣΤΗ-ΡΟΗ ΤΙΜΗ-ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ LP ΜΕΓΙΣΤΗ-ΑΥΞΟΥΣΑ-ΥΠΑΚΟΛΟΥΘΙΑ ΜΕΓΙΣΤΗ-ΔΙΑΔΡΟΜΗ-DAG
44 Κλάσεις Προβλημάτων Πάλι Αναγωγές Στη συνέχεια θα χρησιμοποιήσουμε τις αναγωγές για ένα κάπως διεστραμμένο στόχο: Α Β Κάτω Φράγματα γνωρίζουμε ότι το πρόβλημα Α είναι δύσκολο, και χρησιμοποιούμε την αναγωγή για να αποδείξουμε ότι και το Β είναι δύσκολο Α Β Ροή Δυσκολίας
45 Κλάσεις Προβλημάτων Πάλι Αναγωγές Στη συνέχεια θα χρησιμοποιήσουμε τις αναγωγές για ένα κάπως διεστραμμένο στόχο: Α Β Κάτω Φράγματα γνωρίζουμε ότι το πρόβλημα Α είναι δύσκολο, και χρησιμοποιούμε την αναγωγή για να αποδείξουμε ότι και το Β είναι δύσκολο Εάν Α Β και Β C τότε A C Ροή Δυσκολίας
46 Κλάσεις Προβλημάτων Πάλι Αναγωγές Ας εξειδικεύσουμε τον ορισμό της αναγωγής για προβλήματα αναζήτησης Α Β Αλγόριθμος για το A Στιγμ/πο Ι f Στιγμ/πο f(i) Λύση S του f(i) Αλγόριθμος για το B h Δεν υπάρχει λύση του f(i) Λύση h(s) του Ι Δεν υπάρχει λύση για το I Μια αναγωγή A B είναι δύο πολυωνυμικοί αλγόριθμοι f και h f : μετασχηματίζει κάθε στιγμιότυπο I του A σε ένα στιγμιότυπο f(i) του B h : απεικονίζει μια λύση S του στιγμιότυπου f(i) σε μια λύση h(s) του I
47 Κλάσεις Προβλημάτων NP και NP-πλήρη Και τώρα ορίζουμε την κλάση των δυσκολότερων προβλημάτων αναζήτησης Α Β NP P Αύξουσα Δυσκολία Ένα πρόβλημα αναζήτησης είναι NP-πλήρες (NP-complete) εάν ΌΛΑ ΤΑ ΆΛΛΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤA ΑΝΑΖΗΤΗΣΗΣ ΣΤΟ NP ΑΝΑΓΟΝΤΑΙ σε αυτό
48 Κλάσεις Προβλημάτων NP και NP-πλήρη Και τώρα ορίζουμε την κλάση των δυσκολότερων προβλημάτων αναζήτησης Εάν P NP NP P ΝP-πλήρη Αύξουσα Δυσκολία Ένα πρόβλημα αναζήτησης είναι NP-πλήρες (NP-complete) εάν ΌΛΑ ΤΑ ΆΛΛΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤA ΑΝΑΖΗΤΗΣΗΣ ΣΤΟ NP ΑΝΑΓΟΝΤΑΙ σε αυτό
49 Κλάσεις Προβλημάτων NP και NP-πλήρη Αυτή είναι μια πολύ ισχυρή απαίτηση Για να είναι ένα πρόβλημα NP-πλήρες πρέπει να είναι NP P ΝP-πλήρη Αύξουσα Δυσκολία Χρήσιμο για την επίλυση κάθε προβλήματος στον Κόσμο Είναι εντυπωσιακό, αλλά... Υπάρχουν τέτοια προβλήματα (3SAT, TSP, MΕΓΙΣΤΗ ΔΙΑΔΡΟΜΗ, )
50 Κλάσεις Προβλημάτων NP και NP-πλήρη Ισχύει : Όλα τα NP-πλήρη πρόβλημα ανάγονται το ένα στο άλλο NP P ΝP-πλήρη Αύξουσα Δυσκολία SAT Q R Και, όλα τα NP προβλήματα ανάγονται στα NP-πλήρη ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-ΣΤΟ-NP SAT
51 Κλάσεις Προβλημάτων P, NP και NP-πλήρη Εάν P NP NP P ΝP-πλήρη Αύξουσα Δυσκολία Μια Σχηματική Παρουσίαση
52 Κλάσεις Προβλημάτων P, NP και NP-πλήρη Εάν P NP NP P ΝP-πλήρη Αύξουσα Δυσκολία ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-ΣΤΟ-NP SAT Q R
53 Κλάσεις Προβλημάτων P, NP και NP-πλήρη Εάν P NP NP P ΝP-πλήρη Αύξουσα Δυσκολία ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-ΣΤΟ-NP SAT Q R
54 Κλάσεις Προβλημάτων P, NP και NP-πλήρη Εάν P NP NP P ΝP-πλήρη Αύξουσα Δυσκολία ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-ΣΤΟ-NP SAT Q R
55 Αναγωγές Προβλημάτων NP Α Β Α Β ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-ΣΤΟ-NP SAT 3 SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ ΚΛΙΚΑ ΖΟΕ AΘΡΟΙΣΜΑ-ΥΠΟΣΥΝΟΛΟΥ ILP ΚΥΚΛΟΣ-HAMILTON TSP Θα Δείξουμε μέσω Αναγωγών
56 Αναγωγές Προβλημάτων NP Α Β Α Β ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-ΣΤΟ-NP SAT 3 SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ ΚΛΙΚΑ ΖΟΕ AΘΡΟΙΣΜΑ-ΥΠΟΣΥΝΟΛΟΥ ILP ΚΥΚΛΟΣ-HAMILTON TSP Θα δείξουμε μέσω Αναγωγών
57 Αναγωγές Προβλημάτων NP Α Β Α Β ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-ΣΤΟ-NP SAT 3 SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ ΚΛΙΚΑ ΖΟΕ AΘΡΟΙΣΜΑ-ΥΠΟΣΥΝΟΛΟΥ ILP ΚΥΚΛΟΣ-HAMILTON TSP Θα δείξουμε μέσω Αναγωγών
58 Αναγωγές Προβλημάτων NP Α Β Α Β ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-ΣΤΟ-NP SAT 3 SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ ΚΛΙΚΑ ΖΟΕ AΘΡΟΙΣΜΑ-ΥΠΟΣΥΝΟΛΟΥ ILP ΚΥΚΛΟΣ-HAMILTON TSP Θα δείξουμε μέσω Αναγωγών
59 Αναγωγές Προβλημάτων NP Α Β Α Β ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-ΣΤΟ-NP SAT 3 SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ ΚΛΙΚΑ ΖΟΕ AΘΡΟΙΣΜΑ-ΥΠΟΣΥΝΟΛΟΥ ILP ΚΥΚΛΟΣ-HAMILTON TSP Θα δείξουμε μέσω Αναγωγών
60 Αναγωγές Προβλημάτων NP Α Β Α Β ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-ΣΤΟ-NP SAT 3 SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ ΚΛΙΚΑ ΖΟΕ AΘΡΟΙΣΜΑ-ΥΠΟΣΥΝΟΛΟΥ ILP ΚΥΚΛΟΣ-HAMILTON TSP Θα δείξουμε μέσω Αναγωγών
61 Αναγωγές Προβλημάτων NP Α Β Α Β ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-ΣΤΟ-NP SAT 3 SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ ΚΛΙΚΑ ΖΟΕ AΘΡΟΙΣΜΑ-ΥΠΟΣΥΝΟΛΟΥ ILP ΚΥΚΛΟΣ-HAMILTON TSP Θα δείξουμε μέσω Αναγωγών
62 Αναγωγές Προβλημάτων NP Α Β Α Β ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-ΣΤΟ-NP SAT 3 SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ ΚΛΙΚΑ ΖΟΕ AΘΡΟΙΣΜΑ-ΥΠΟΣΥΝΟΛΟΥ ILP ΚΥΚΛΟΣ-HAMILTON TSP Θα δείξουμε μέσω Αναγωγών
63 Αναγωγές Προβλημάτων NP Α Β Α Β ΌΛΑ ΤΑ NP SAT 3 SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ ΚΛΙΚΑ ΖΟΕ AΘΡΟΙΣΜΑ-ΥΠΟΣΥΝΟΛΟΥ ILP ΚΥΚΛΟΣ-HAMILTON TSP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-ΣΤΟ-NP SAT Q R
64 Αναγωγές Προβλημάτων NP 1 1 SAT 3SAT Το πρόβλημα SAT Μας δίδεται ένας λογικός τύπος (Boolean formula) σε συζευκτική μορφή: (x y z w) (x y) (z x w p y) (x y z) και μας ζητείται είτε να βρούμε μια ικανοποιούσα ανάθεση τιμών αληθείας (satisfying truth assignment) ή να αναφέρουμε ότι δεν υπάρχει καμία 3SAT (x y z) (w y) (y z) (p x) (x y z)
65 Αναγωγές Προβλημάτων NP 1 1 SAT 3SAT Τέχνασμα για την Αναγωγή του SAT στο 3SAT: Με δεδομένο ένα στιγμιότυπο I του SAT, χρησιμοποιούμε ακριβώς το ίδιο στιγμιότυπο για το 3SAT, με την διαφορά ότι ένας όρος με k > 3 στοιχεία (a1 a2 ak) αντικαθίσταται από ένα σύνολο όρων (a1 a2 y1) (y1 a3 y2) (y2 a4 y3) (yk-3 ak-1 ak) όπου τα y1, y2,, yk-3 είναι νέες μεταβλητές.
66 Αναγωγές Προβλημάτων NP 1 1 SAT 3SAT Τέχνασμα για την Αναγωγή του SAT στο 3SAT: Έστω I το στιγ/πο του 3SAT που προκύπτει... προφανώς σε χρόνο Τ( Ι ) Στιγμιότυπο I είναι ισοδύναμο με I ως προς την ικανοποιησιμότητα διότι για οποιαδήποτε ανάθεση τιμών στα ai (1 i k), ισχύει: (a1 a2 ak) ικανοποιείται υπάρχει μια ανάθεση τιμών των y1, y2,, yk-3 για την οποία οι όροι (a1 a2 y1) (y1 a3 y2) (yk-3 ak-1 ak) ικανοποιούνται όλοι
67 Αναγωγές Προβλημάτων NP 1 1 SAT 3SAT Τέχνασμα για την Αναγωγή του SAT στο 3SAT: Για να το δείτε υποθέστε ότι ικανοποιούνται όλοι οι όροι στα δεξιά. Τότε, τουλάχιστον ένα από τα a1, a2,, ak πρέπει να είναι true (a1 a2 ak) ικανοποιείται διαφορετικά το y1 θα πρέπει να είναι true, το οποίο αναγκάζει το y2 να είναι true, κάνοντας false τον τελευταίο όρο Άρα, ικανοποιείται επίσης και ο όρος (a1 a2 ak) υπάρχει μια ανάθεση τιμών των y1, y2,, yk-3 για την οποία οι όροι (a1 a2 y1) (y1 a3 y2) (yk-3 ak-1 ak) έστω ότι ικανοποιούνται όλοι
68 Αναγωγές Προβλημάτων NP 1 1 SAT 3SAT Τέχνασμα για την Αναγωγή του SAT στο 3SAT: Αντιστρόφως υποθέστε ότι ικανοποιείται ο όρος (a1 a2 ak) Τότε, κάποια ai πρέπει να είναι true Θέτουμε τιμές true στις y1, y2,, yi-2 και στις yi-1, yi,, yk-3 τιμές false (a1 a2 ak) ικανοποιείται Αυτό διασφαλίζει ότι ικανοποιούνται όλοι οι όροι δεξιά υπάρχει μια ανάθεση τιμών των y1, y2,, yk-3 για την οποία οι όροι (a1 a2 y1) (y1 a3 y2) (yk-3 ak-1 ak) ικανοποιούνται όλοι
69 Αναγωγές Προβλημάτων NP SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ 3SAT (x y z) (x y z) (x y z) (x y) ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Μας δίδεται γράφημα n κόμβων και ακέραιος k και μας ζητείται να βρούμε ένα σύνολο ΙS με k κόμβους οι οποίοι είναι ανεξάρτητοι, δηλ. ανά δύο δεν έχουν ακμή μεταξύ τους, ή να αναφέρουμε ότι δεν υπάρχει τέτοιο σύνολο κόμβων
70 Αναγωγές Προβλημάτων NP SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Δύο πολύ διαφορετικά προβλήματα (x y z) (x y z) (x y z) (x y) Συσχετισμός Λογικής Boole με Γραφήματα Ας σκεφτούμε Σε μια ικανοποιούσα ανάθεση τιμών αληθείας του 3SAT θα πρέπει ένα στοιχείο από κάθε όρο να είναι true Συνεπείς επιλογές εάν επιλέξουμε το x να είναι true σε κάποιο όρο δεν μπορούμε να επιλέξουμε το x να είναι true σε κάποιο άλλο
71 Αναγωγές Προβλημάτων NP SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Δύο πολύ διαφορετικά προβλήματα (x y z) (x y z) (x y z) (x y) Συσχετισμός Λογικής Boole με Γραφήματα ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ y (x y z) x z
72 Αναγωγές Προβλημάτων NP SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Παράδειγμα (x y z) (x y z) (x y z) (x y) y y x z x y z x y z x Στο γράφημα G που προκύπτει, ένα IS περιέχει το πολύ ένα στοιχείo από κάθε τρίγωνο όρο Για να επιβάλουμε ΜΙΑ επιλογή από κάθε τρίγωνο-όρο, θέτουμε: k = πλήθος όρων
73 Αναγωγές Προβλημάτων NP SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Παράδειγμα (x y z) (x y z) (x y z) (x y) y y x z x y z x y z x Λείπει κάτι... ΝΑΙ, ένας τρόπος που θα μας εμποδίζει να επιλέγουμε αντίθετα στοιχεία - και το x και το x Αυτό είναι πολύ εύκολο
74 Αναγωγές Προβλημάτων NP SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Παράδειγμα (x y z) (x y z) (x y z) (x y) y y x z x y z x y z Αυτό είναι πολύ εύκολο... Ορίστε και ο Τρόπος x
75 Αναγωγές Προβλημάτων NP SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Παράδειγμα (x y z) (x y z) (x y z) (x y) y y x z x y z x y z x Με δεδομένο ένα στιγμιότυπο Ι του προβλήματος 3SAT δημιουργήσαμε ένα στιγ/πο (G, k) του προβλήματος ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ
76 Αναγωγές Προβλημάτων NP SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Παράδειγμα x = false y = true z = true (x y z) (x y z) (x y z) (x y) y y x z x y z x y z x Με δεδομένο ένα στιγμιότυπο Ι του προβλήματος 3SAT δημιουργήσαμε ένα στιγ/πο (G, k) του προβλήματος ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ
77 Αναγωγές Προβλημάτων NP SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Παράδειγμα x = false y = false z = true (x y z) (x y z) (x y z) (x y) y y x z x y z x y z x Με δεδομένο ένα στιγμιότυπο Ι του προβλήματος 3SAT δημιουργήσαμε ένα στιγ/πο (G, k) του προβλήματος ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ
78 Αναγωγές Προβλημάτων NP SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Παράδειγμα (x y z) (x y z) (x y z) (x y) y y x z x y z x y z x Πολυωνυμικό Χρόνο Με δεδομένο ένα στιγμιότυπο Ι του προβλήματος 3SAT δημιουργήσαμε ένα στιγ/πο (G, k) του προβλήματος ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ
79 Αναγωγές Προβλημάτων NP SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Θυμηθείτε (x y z) (x y z) (x y z) (x y) Στις αναγωγές δεν χρειαζόμαστε μόνο τρόπο απεικόνισης στιγμιότυπων I του Α σε στιγμιότυπα f(i) του Β y x y y z x z x y z Αλλά και έναν τρόπο ανακατασκευής μιας λύσης h(i) του I από οποιαδήποτε λύση S του f(i) -- δηλαδή τη συνάρτηση h Αλγόριθμος για το Α Λύση S του f(i) Στιγμ/πο Ι f Στιγμ/πο f(i) Αλγόριθμος για το Β h Δεν υπάρχει λύση του f(i) Λύση h(s) του Ι Δεν υπάρχει λύση για το I x
80 Αναγωγές Προβλημάτων NP SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Όπως πάντα Υπάρχουν δύο πράγματα για να αποδείξουμε (x y z) (x y z) (x y z) (x y) y x y y z x z x y z (1) Με δεδομένο ένα ανεξάρτητο σύνολο S με k κόμβους στο γράφημα G, μπορούμε πάντα να ανακτήσουμε αποδοτικά μια ικανοποιούσα ανάθεση τιμών αληθείας στο I. (2) Αν το γράφημα G δεν έχει ανεξάρτητο σύνολο S μεγέθους k, τότε ο λογικός (Boolean) τύπος I δεν είναι ικανοποιήσιμος. x
81 Αναγωγές Προβλημάτων NP SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Απόδειξη (1) Για οποιαδήποτε μεταβλητή x, το S δεν περιέχει κόμβους με επιγραφές x και x (x y z) (x y z) (x y z) (x y) y x y y z x z x y z Αναθέτουμε: x = true εάν το S περιέχει κόμβο με επιγραφή x x = false εάν το S περιέχει κόμβο με επιγραφή x Επειδή, S = k πρέπει να έχει ένα κόμβο ανά όρο Αυτή η ανάθεση ικανοποιεί όλους τους όρους (1) Με δεδομένο ένα ανεξάρτητο σύνολο S με k κόμβους στο G, μπορούμε πάντα να ανακτήσουμε αποδοτικά μια ικανοποιούσα ανάθεση τιμών αληθείας στο I. x
82 Αναγωγές Προβλημάτων NP SAT ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Απόδειξη (2) Αρκεί να αποδείξουμε ότι : εάν ο λ.τ. I έχει μια ικανοποιούσα ανάθεση τιμών αληθείας, τότε το G έχει ένα IS μεγέθους k (x y z) (x y z) (x y z) (x y) y x y y z x z x y z Αυτό είναι εύκολο... Για κάθε όρο του 3SAT, επιλέγουμε ένα στοιχείο του οποίου η τιμή στην ικανοποιούσα ανάθεση είναι true και προσθέτουμε τον αντίστοιχο κόμβο στο S τότε το S είναι ανεξάρτητο το βλέπετε (2) Αν το γράφημα G δεν έχει ανεξάρτητο σύνολο S μεγέθους k, τότε ο λογικός (Boolean) τύπος I δεν είναι ικανοποιήσιμος. x
83 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Μας δίδεται γράφημα n κόμβων και ακέραιος k και μας ζητείται να βρούμε ένα σύνολο ΙS με k κόμβους οι οποίοι είναι ανεξάρτητοι ή να αναφέρουμε ότι δεν υπάρχει τέτοιο σύνολο κόμβων ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ Μας δίδεται γράφημα n κόμβων και ακέραιος k και μας ζητείται να βρούμε ένα σύνολο VC με k κόμβους οι οποίοι καλύπτουν κάθε ακμή ή να αναφέρουμε ότι δεν υπάρχει τέτοιο σύνολο κόμβων 3
84 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ Ισχύει ότι Κάποιες αναγωγές βασίζονται στην επινοητικότητα του συσχετισμού δύο πολύ διαφορετικών προβλημάτων Ενώ, άλλες απλώς καταγράφουν μια λεπτή μεταμφίεση του ενός προβλήματος στο άλλο Τι ισχύει εδώ Τι μπορούμε να πούμε για τη συσχέτιση των δύο προβλημάτων 3
85 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ Παρατήρηση Ένα σύνολο κόμβων S αποτελεί κομβική κάλυψη ενός γραφήματος G = (V, E) εάν και μόνο εάν οι υπόλοιποι κόμβοι στο σύνολο V-S είναι ανεξάρτητο σύνολο του G S V-S 3
86 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ Αναγωγή Για να λύσουμε ένα στιγμιότυπο (G, k) του προβλήματος ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ απλώς αναζητούμε μια Κομβική Κάλυψη VC του G με V -k κόμβους VC IS 3
87 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ Αναγωγή Εάν υπάρχει τέτοια κομβική κάλυψη VC τότε, παίρνουμε όλους τους κόμβους που δεν ανήκουν σε αυτή VC = V -k IS = k VC IS 3
88 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗ-ΚΑΛΥΨΗ Αναγωγή Εάν ΔΕΝ υπάρχει τέτοια κομβική κάλυψη VC τότε, το G δεν έχει ανεξάρτητο σύνολο μεγέθους k VC V -k S IS k 3
89 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΛΙΚΑ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ Μας δίδεται γράφημα n κόμβων και ακέραιος k και μας ζητείται να βρούμε ένα σύνολο ΙS με k κόμβους οι οποίοι είναι ανεξάρτητοι, ή να αναφέρουμε ότι δεν υπάρχει τέτοιο σύνολο κόμβων ΚΛΙΚΑ Μας δίδεται γράφημα n κόμβων και ακέραιος k και μας ζητείται να βρούμε ένα σύνολο CL με k κόμβους οι οποίοι έχουν πλήρη σύνδεση ή να αναφέρουμε ότι δεν υπάρχει τέτοιο σύνολο κόμβων 3
90 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΛΙΚΑ Παρατήρηση Πολύ εύκολη αναγωγή του ενός προβλήματος στο άλλο Ένα σύνολο κόμβων S αποτελεί ανεξάρτητο σύνολο ενός γραφήματος G = (V, E) εάν και μόνο εάν το S αποτελεί μια κλίκα του συμπληρώματος (complement) G = (V, E) του γραφήματος G 3
91 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ NP SAT NP SAT SAT 3 SAT P ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟ-ΣΥΝΟΛΟ ΚΟΜΒΙΚΗΚΑΛΥΨΗ SAT ΚΛΙΚΑ ΝP-πλήρη ΖΟΕ ILP Αύξουσα Δυσκολία (x y z w) (x y) (z x w p y) (x y z)
92 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP SAT ΠΡΟΒΛΗΜΑ C-SAT Θα αποδείξουμε ότι όλα τα προβλήματα στο NP μπορούν να αναχθούν σε μία γενίκευση του SAΤ που ονομάζουμε ΚΥΚΛΩΜΑ-SAT ή C-SAT (Circuit-SAT) ΚΥΚΛΩΜΑ-SAT SAT
93 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP SAT ΠΡΟΒΛΗΜΑ C-SAT έξοδος Ένα λογικό (Boolean) κύκλωμα -ένα DAG του οποίου οι κόμβοι είναι πύλες (gates) 5 διαφ/κών τύπων : AND Πύλες AND και OR με βαθμό εισόδου 2 NOT OR Πύλες ΝΟΤ με βαθμό εισόδου 1 Πύλες γνωστής εισόδου με βαθμό 0 AND Πύλες άγνωστης εισόδου με βαθμό 0 Ένας τερματικός κόμβος του DAG είναι η πύλη εξόδου (output gate) true NOT OR
94 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP SAT ΠΡΟΒΛΗΜΑ C-SAT έξοδος false Ένα λογικό (Boolean) κύκλωμα -ένα DAG του οποίου οι κόμβοι είναι πύλες (gates) 5 διαφ/κών τύπων : Αποτίμηση Κυκλώματος AND Πύλες AND και OR με βαθμό εισόδου 2 NOT OR Πύλες ΝΟΤ με βαθμό εισόδου 1 Πύλες γνωστής εισόδου με βαθμό 0 AND Πύλες άγνωστης εισόδου με βαθμό 0 Ένας τερματικός κόμβος του DAG είναι η πύλη εξόδου (output gate) true NOT OR true false true
95 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP SAT C-SAT ως Πρόβλημα Αναζήτησης true Με δεδομένο ένα λογικό (Boolean) κύκλωμα βρείτε μια ανάθεση τιμών αληθείας για τις άγνωστες εισόδους : η πύλη εξόδου να αποτιμάται true, ή να αναφέρουμε ότι δεν υπάρχει καμία τέτοια ανάθεση τιμών (false, true, true) true (true, false, true) false true AND NOT OR AND NOT OR
96 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP SAT ΚΥΚΛΩΜΑ-SAT είναι γενίκευση του SAT Το SAT αναζητά μια ικανοποιούσα ανάθεση τιμών αληθείας για ένα λογικό κύκλωμα που έχει την εξής απλή δομή (x y z) (x y z) (x y z) (x y) OR ΝΟΤ OR ΝΟΤ ΝΟΤ OR OR ΝΟΤ ΝΟΤ
97 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP ΚΥΚΛΩΜΑ-SAT SAT SAT Μπορούμε να ξαναγράψουμε οποιοδήποτε λογικό κύκλωμα σε κανονική συζευκτική μορφή (CNF) : Για κάθε πύλη g του λογικού κυκλώματος δημιουργούμε μια μεταβλητή g και μοντελοποιούμε την επίδραση της πύλης χρησιμοποιώντας μερικούς όρους Να πως...
98 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP ΚΥΚΛΩΜΑ-SAT SAT SAT g g g g true false OR AND NOT (g) (g) πύλη g h1 h2 ( g h1 ) ( g h2 ) ( g h1 h2 ) h1 h2 ( g h1 ) ( g h2 ) ( g h1 h2 ) h (g h) (g h) Βλέπετε γιατί αυτοί οι όροι επιβάλουν ακριβώς το επιθυμητό αποτέλεσμα
99 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP ΚΥΚΛΩΜΑ-SAT SAT SAT Για να ολοκληρώσουμε Εάν g είναι η πύλη εξόδου, την αναγκάζουμε να είναι true με την προσθήκη του όρου (g) το στιγμιότυπο του SAT που προκύπτει με το δεδομένο στιγμιότυπο του SAT-ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Πράγματι: οι ικανοποιούσες αναθέσεις τιμών αληθείας αυτής της κανονικής συζευκτικής μορφής (CNF) βρίσκονται σε αμφιμονοσήμαντη αντιστοιχία με εκείνες του κυκλώματος
100 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP SAT ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ NP ΚΥΚΛΩΜΑ-SAT P ΝP-πλήρη NP Αύξουσα Δυσκολία ΚΥΚΛΩΜΑ-SAT SAT
101 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP SAT έξοδος Αναγωγή AND Έστω Α ένα πρόβλημα στο NP AND Θέλουμε μια αναγωγή Α ΚΥΚΛΩΜΑ-SAT OR NOT true NOT OR Αυτό φαίνεται δύσκολο... καθώς δεν γνωρίζουμε σχεδόν τίποτε για το πρόβλημα Α
102 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP SAT έξοδος Αναγωγή AND Έστω Α ένα πρόβλημα στο NP AND Το ΜΟΝΟ που γνωρίζουμε για το Α Πρόβλημα Αναζήτησης OR NOT true NOT OR Χαρακτηριστικό: Οποιαδήποτε προτεινόμενη λύση μπορεί να ελεγχθεί γρήγορα για την ορθότητά της
103 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP SAT έξοδος Αναγωγή AND Έστω Α ένα πρόβλημα στο NP AND Το ΜΟΝΟ που γνωρίζουμε για το Α Πρόβλημα Αναζήτησης OR NOT true NOT OR Πολυωνυμικός αλγόριθμος ελέγχου C(I, S) με μήκος εισόδου Ι Υποθέτουμε : Ι = ( ) S = ( ) και S =O( Ι )
104 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP SAT έξοδος Αναγωγή AND Γνωρίζουμε ότι: OR NOT Οποιοσδήποτε πολυωνυμικός αλγόριθμος μπορεί να μετατραπεί σε κύκλωμα AND true NOT OR Οι πύλες εισόδου του κυκλώματος κωδικοποιούν την είσοδο του αλγόριθμου Ι = ( )
105 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP Αναγωγή SAT έξοδος AND Αλγόριθμος NOT OR AND true ( NOT OR false 0 true 1 true )
106 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP Αναγωγή SAT έξοδος AND Αλγόριθμος NOT OR Εάν ο πολυωνυμικός αλγόριθμος επιλύει ένα πρόβλημα που απαιτεί απάντηση ΝΑΙ ή ΌΧΙ, όπως ο αλγόριθμος C(I, S), NOT AND OR τότε η απάντηση δίνεται στην πύλη εξόδου true ( false 0 true 1 true )
107 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP SAT έξοδος Αναγωγή AND Τι συμπεράνουμε Για οποιοδήποτε στιγμιότυπο Ι του προβλήματος αναζήτησης Α OR NOT AND true NOT OR Μπορούμε να κατασκευάσουμε σε πολυωνυμικό χρόνο ένα κύκλωμα του οποίου οι γνωστές είσοδοι είναι τα bit του Ι και οι άγνωστες είσοδοι είναι τα bit του S : Η έξοδός του να είναι true εάν-ν οι άγνωστες είσοδοι αποτελούν μια λύση S του Ι
108 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP Αναγωγή SAT έξοδος AND OR NOT AND false false Ι = ( ) true OR NOT S = ( )
109 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP Αναγωγή SAT έξοδος AND Oι ικανοποιούσεςnotαναθέσεις τιμών αληθείας στις OR άγνωστες εισόδους του κυκλώματος βρίσκονται σε αμφιμονοσήμαντη αντιστοιχεία AND OR NOT με τις λύσεις του στιγμιότυπου I του προβλήματος A false false Ι = ( ) true S = ( )
110 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP Αναγωγή SAT έξοδος AND OR NOT Α AND false false Ι = ( ) true ΚΥΚΛΩΜΑ-SAT OR NOT S = ( )
111 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP Αναγωγή SAT έξοδος AND OR NOT Α SAT AND false false Ι = ( ) true OR NOT S = ( )
112 Αναγωγές Προβλημάτων NP ΟΠΟΙΟΔΗΠΟΤΕ-ΠΡΟΒΛΗΜΑ-NP NP P SAT SAT ΝP-πλήρη Αύξουσα Δυσκολία
113 NP-πλήρη, NP-δύσκολα, Μη-επιλύσιμα Προβλήματα NP-πλήρη Εάν P NP «Ζώνη Αβεβαιότητας» NP-P P NP-πλήρη Προβλήματα: Τα πιο δύσκολα στην ζώνη αβεβαιότητας NP-P NP ΝP-πλήρη Αύξουσα Δυσκολία Μια Σχηματική Παρουσίαση
114 NP-πλήρη, NP-δύσκολα, Μη-επιλύσιμα Προβλήματα NP-δύσκολα Q Έστω Q ένα NP-δύσκολο πρόβλημα Αύξουσα Δυσκολία Μια Σχηματική Παρουσίαση
115 NP-πλήρη, NP-δύσκολα, Μη-επιλύσιμα Προβλήματα NP-δύσκολα Δεν έχουν όλα τα Q πολυωνυμικό αλγόριθμο ελέγχου C(I,S) Q Για κάθε A NP A Q Q P P = NP Αύξουσα Δυσκολία Μια Σχηματική Παρουσίαση Η ύπαρξη ενός πολύωνυμικού αλγόριθμου για το Q συνεπάγεται την ύπαρξη ενός πολυωνυμικού αλγόριθμου για κάθε πρόβλημα στο NP EXPOΝENTIAL
116 NP-πλήρη, NP-δύσκολα, Μη-επιλύσιμα Προβλήματα NP-δύσκολα Δεν έχουν ΌΛΑ τα Q πολυωνυμικό αλγόριθμο ελέγχου C(I,S) Μερικά όμως Έχουν Αύξουσα Δυσκολία Μια Σχηματική Παρουσίαση EXPOΝENTIAL
117 NP-πλήρη, NP-δύσκολα, Μη-επιλύσιμα Προβλήματα NP-δύσκολα Μερικά Q ανήκουν στο NP και άλλα όχι Αύξουσα Δυσκολία Μια Σχηματική Παρουσίαση EXPOΝENTIAL
118 NP-πλήρη, NP-δύσκολα, Μη-επιλύσιμα Προβλήματα NP-δύσκολα NP ΝP-πλήρη Αύξουσα Δυσκολία Μια Σχηματική Παρουσίαση Μερικά Q ανήκουν στο NP και άλλα όχι EXPOΝENTIAL
119 NP-πλήρη, NP-δύσκολα, Μη-επιλύσιμα Προβλήματα NP-δύσκολα P NP ΝP-πλήρη ΝP-δύσκολα POLΥNOMIAL EXPOΝENTIAL Μια Σχηματική Παρουσίαση
120 NP-πλήρη, NP-δύσκολα, Μη-επιλύσιμα Προβλήματα Μη-επιλύσιμα NP P ΝP-πλήρη ΝP-δύσκολα ΜΗ-ΕΠΙΛΥΣΙΜΑ POLΥNOMIAL EXPOΝENTIAL Μια Σχηματική Παρουσίαση
121 Μη-επιλύσιμα Προβλήματα Αριθμητική Εκδοχή του SAT Ένα διάσημο πρόβλημα αυτού του είδους (μη-επιλύσιμο) είναι η αριθμητική εκδοχή του SAT Με δεδομένη μια πολυωνυμική εξίσωση πολλών μεταβλητών, όπως για παράδειγμα υπάρχουν ακέραιες τιμές των μεταβλητών x, y, z οι οποίες να την ικανοποιούν
122 Μη-επιλύσιμα Προβλήματα Το Πρόβλημα του Τερματισμού Το πρώτο μη-επιλύσιμο πρόβλημα ανακαλύφθηκε το 1936 από τον Alan Turing, τότε φοιτητή των μαθηματικών στο Cambridge της Αγγλίας Το Πρόβλημα του Τερματισμού - HP Όταν το διατύπωσε ο Turing δεν υπήρχαν Η/Υ ή γλώσσες προγραμματισμού. Εμφανίστηκαν αργότερα ακριβώς επειδή είχε αυτή την ευφυή ιδέα
123 Μη-επιλύσιμα Προβλήματα Το Πρόβλημα του Τερματισμού Έστω ένα πρόγραμμα p σε μια γλώσσα προγραμματισμού, μαζί με μια είσοδο x Μπορείτε να απαντήσετε εάν το p με την είσοδο x θα μπορέσει ποτέ να τερματίσει Τι θα θέλαμε Έναν Αλγόριθμο, ας τον πούμε terminates(p,x), ο οποίος μετά από υπολογισμούς θα μας έλεγε εάν το p με είσοδο x θα τερματίσει την εκτέλεσή του Σημείωση: Υπάρχουν προγράμματα (αλγόριθμοι) που δέχονται ως είσοδο προγράμματα, π.χ., οι μεταγλωττιστές
124 Μη-επιλύσιμα Προβλήματα Το Πρόβλημα του Τερματισμού Λοιπόν, μην προσπαθήσετε δεν μπορείτε... Τέτοιος αλγόριθμος δεν υπάρχει Να και η απόδειξη Εάν υποθέσουμε ότι είχατε το πρόγραμμα terminates(p,x), τότε θα μπορούσατε να κατασκευάσετε το ακόλουθο πρόγραμμα: paradox(z: file) if terminates(z,z) then loop_forever else halt
125 Μη-επιλύσιμα Προβλήματα Το Πρόβλημα του Τερματισμού paradox(z: file) if terminates(z,z) then loop_forever else halt To paradox τερματίζει εάν-ν το z δεν τερματίζει όταν του δοθεί ως είσοδος ο δικός του κώδικας. Εάν εκτελούσαμε το πρόγραμμα paradox(paradox) Τότε, το paradox τερματίζει εάν-ν το paradox δεν τερματίζει Αντίφαση
126 Μη-επιλύσιμα Προβλήματα Το Πρόβλημα του Τερματισμού Καταλήξαμε σε αντίφαση Επομένως, το πρόβλημα HP δεν μπορεί να λυθεί με κανένα αλγόριθμο Αυτό μας λέει κάτι σημαντικό: Ο προγραμματισμός ποτέ δεν θα αυτοματοποιηθεί Και πάντοτε θα βασίζεται στην επινοητικότητα.. και τη σοβαρή μελέτη Τέλος Ενότητας
Σχεδίαση και Ανάλυση Αλγορίθμων
Σχεδίαση και Ανάλυση Αλγορίθμων Ενότητα 10.0 Μετασχηματισμοί Υπολογιστικών Προβλημάτων Αναγωγές NP-πληρότητα Σταύρος Δ. Νικολόπουλος 2016-17 Τμήμα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Webpage:
Διαβάστε περισσότεραΘεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές
Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές Ενότητα 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΘΕΩΡΙΑ ΓΡΑΦΗΜΑΤΩΝ Σταύρος Δ. Νικολόπουλος 2017-18 www.cs.uoi.gr/~stavros Σχετικά με το Μάθημα Ώρες γραφείου: Δευτέρα Παρασκευή
Διαβάστε περισσότεραΣχεδίαση & Ανάλυση Αλγορίθμων
Σχεδίαση & Ανάλυση Αλγορίθμων Ενότητα 6 Γραμμικός Προγραμματισμός Σταύρος Δ. Νικολόπουλος Τμήμα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Webpage: www.cs.uoi.gr/~stavros Γραμμικός Προγραμματισμός
Διαβάστε περισσότεραΠολυπλοκότητα. Παράμετροι της αποδοτικότητας ενός αλγόριθμου: Χρόνος εκτέλεσης. Απαιτούμενοι πόροι, π.χ. μνήμη, εύρος ζώνης. Προσπάθεια υλοποίησης
Παράμετροι της αποδοτικότητας ενός αλγόριθμου: Χρόνος εκτέλεσης Απαιτούμενοι πόροι, π.χ. μνήμη, εύρος ζώνης Προσπάθεια υλοποίησης Παράμετροι της αποδοτικότητας ενός αλγόριθμου: Χρόνος εκτέλεσης Απαιτούμενοι
Διαβάστε περισσότεραΥπολογιστική Πολυπλοκότητα
Υπολογιστική Πολυπλοκότητα ημήτρης Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Υπολογιστική Πολυπλοκότητα Γιατί κάποια (επιλύσιμα) προβλήματα είναι δύσκολο
Διαβάστε περισσότεραΣχεδίαση & Ανάλυση Αλγορίθμων
Σχεδίαση & Ανάλυση Αλγορίθμων Ενότητα 1 Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα Σταύρος Δ. Νικολόπουλος Τμήμα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Webpage: www.cs.uoi.gr/~stavros Εισαγωγή Ας ξεκινήσουμε
Διαβάστε περισσότεραΥπολογιστική Πολυπλοκότητα
Υπολογιστική Πολυπλοκότητα ιδάσκοντες: Σ. Ζάχος,. Φωτάκης Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό
Διαβάστε περισσότεραΑλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα
Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα Ν. Μ. Μισυρλής Τµήµα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών, Πανεπιστήµιο Αθηνών Καθηγητής: Ν. Μ. Μισυρλής () Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα 15 Ιουνίου 2009 1 / 26 Εισαγωγή Η ϑεωρία
Διαβάστε περισσότεραNP-πληρότητα. Λεωνίδας Παληός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων
NP-πληρότητα Λεωνίδας Παληός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Πολυωνυμικός μετασχηματισμός Ένας πολυωνυμικός μετασχηματισμός από την L 1 Σ 1 * στην L 2 Σ 2 * είναι μια συνάρτηση
Διαβάστε περισσότεραΠροσεγγιστικοί Αλγόριθμοι
Πολλά NP-πλήρη προβλήματα έχουν μεγάλο πρακτικό ενδιαφέρον. http://xkcd.com/287/ Πολλά NP-πλήρη προβλήματα έχουν μεγάλο πρακτικό ενδιαφέρον. Πως μπορούμε να αντιμετωπίσουμε το γεγονός ότι είναι απίθανη(;)
Διαβάστε περισσότεραΕπίπεδα Γραφήματα : Προβλήματα και Υπολογιστική Πολυπλοκότητα
Αλγόριθμοι πολυωνυμικού χρόνου Ένας αλγόριθμος πολυωνυμικού χρόνου έχει χρόνο εκτέλεσης όπου είναι μία (θετική) σταθερά Κλάση πολυπλοκότητας : περιλαμβάνει τα προβλήματα που επιδέχονται λύση σε πολυωνυμικό
Διαβάστε περισσότεραΚατώτερα φράγματα Κατώτερο φράγμα: εκτίμηση της ελάχιστης εργασίας που απαιτείται για την επίλυση ενός προβλήματος. Παραδείγματα: Αριθμός συγκρίσεων π
Περιορισμοί Αλγοριθμικής Ισχύος Κατηγοριοποίηση πολυπλοκοτήτων Κατώτερα φράγματα Κατώτερο φράγμα: εκτίμηση της ελάχιστης εργασίας που απαιτείται για την επίλυση ενός προβλήματος. Παραδείγματα: Αριθμός
Διαβάστε περισσότεραΚλάση NP, NP-Complete Προβλήματα
Κλάση NP, NP-Complete Προβλήματα Βαγγέλης ούρος douros@aueb.gr 1 11/6/2012 Αλγόριθμοι, Εαρινό Εξάμηνο 2012, Φροντιστήριο #14 Προβλήματα Απόφασης & Βελτιστοποίησης 2 Πρόβλημα Απόφασης: Κάθε πρόβλημα που
Διαβάστε περισσότεραΠροσεγγιστικοί Αλγόριθμοι
Πολλά NP-πλήρη προβλήματα έχουν μεγάλο πρακτικό ενδιαφέρον. http://xkcd.com/287/ Πολλά NP-πλήρη προβλήματα έχουν μεγάλο πρακτικό ενδιαφέρον. Πως μπορούμε να αντιμετωπίσουμε το γεγονός ότι είναι απίθανη(;)
Διαβάστε περισσότεραΜη Ντετερμινισμός και NP-Πληρότητα
Μη Ντετερμινισμός και NP-Πληρότητα Επιμέλεια διαφανειών: Δ. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Μη Ντετερμινιστικές Μηχανές Turing Μη ντετερμινιστική
Διαβάστε περισσότερα4.3 Ορθότητα και Πληρότητα
4.3 Ορθότητα και Πληρότητα Συστήματα αποδείξεων όπως η μορφολογική παραγωγή και η κατασκευή μοντέλων χρησιμοποιούνται για να δείξουμε την εγκυρότητα εξαγωγών συμπερασμάτων. Ένα σύστημα αποδείξεων μπορεί
Διαβάστε περισσότεραΚεφάλαιο 8. NP και Υπολογιστική Δυσεπιλυσιμότητα. Παύλος Εφραιμίδης V1.1,
Κεφάλαιο 8 NP και Υπολογιστική Δυσεπιλυσιμότητα Παύλος Εφραιμίδης V1.1, 2015-01-19 Χρησιμοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne. 1 πρόβλημα αναζήτησης (search problem) Ένα πρόβλημα
Διαβάστε περισσότεραΘεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα
Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα Κλάσεις P, NP NP-πληρότητα 15 Απριλίου 2008 Δρ. Παπαδοπούλου Βίκη 1 Υπολογίσιμα και Εφικτά Υπολογίσιμα Προβλήματα Είδαμε ότι 1. Οτιδήποτε μπορούμε να περιγράψουμε με
Διαβάστε περισσότεραΛύσεις 4ης Σειράς Ασκήσεων
Λύσεις 4ης Σειράς Ασκήσεων Άσκηση 1 Αναγάγουμε τν Κ 0 που γνωρίζουμε ότι είναι μη-αναδρομική (μη-επιλύσιμη) στην γλώσσα: L = {p() η μηχανή Turing Μ τερματίζει με είσοδο κενή ταινία;} Δοσμένης της περιγραφής
Διαβάστε περισσότεραΚλάσεις Πολυπλοκότητας
Κλάσεις Πολυπλοκότητας Παύλος Εφραιμίδης pefraimi ee.duth.gr Κλάσεις Πολυπλοκότητας 1 Οι κλάσεις πολυπλοκότητας P και NP P: Polynomial ΗκλάσηP περιλαμβάνει όλα τα υπολογιστικά προβλήματα που μπορούν
Διαβάστε περισσότεραΑλγόριθμοι Προσέγγισης για NP-Δύσκολα Προβλήματα
Αλγόριθμοι Προσέγγισης για NP-Δύσκολα Προβλήματα Διδάσκοντες: E. Ζάχος, Α. Παγουρτζής Δ. Φωτάκης Επιμέλεια διαφανειών: Δ. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο
Διαβάστε περισσότεραΔομές Δεδομένων και Αλγόριθμοι
Δομές Δεδομένων και Αλγόριθμοι Χρήστος Γκόγκος ΤΕΙ Ηπείρου Χειμερινό Εξάμηνο 2014-2015 Παρουσίαση 9 P vs NP 1 / 13 Δυσκολία επίλυσης υπολογιστικών προβλημάτων Κάποια προβλήματα είναι εύκολα να λυθούν με
Διαβάστε περισσότεραΜη Ντετερμινισμός και NP-Πληρότητα
Μη Ντετερμινισμός και NP-Πληρότητα Διδάσκοντες: Σ Ζάχος, Δ Φωτάκης Επιμέλεια διαφανειών: Δ Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Μη Ντετερμινιστικές
Διαβάστε περισσότεραΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ. Ενότητα 11: Περιορισμοί της Αλγοριθμικής Ισχύος
ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ Ενότητα 11: Περιορισμοί της Αλγοριθμικής Ισχύος Ιωάννης Μανωλόπουλος, Καθηγητής Αναστάσιος Γούναρης, Επίκουρος Καθηγητής Άδειες
Διαβάστε περισσότεραΚεφάλαιο 8. NP και Υπολογιστική Δυσεπιλυσιμότητα. Χρησιμοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.
Κεφάλαιο 8 NP και Υπολογιστική Δυσεπιλυσιμότητα Χρησιμοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne. 1 πρόβλημα αναζήτησης (search problem) Ένα πρόβλημα αναζήτησης είναι ένα πρόβλημα στο
Διαβάστε περισσότεραΔομές Δεδομένων & Αλγόριθμοι
Θέματα Απόδοσης Αλγορίθμων 1 Η Ανάγκη για Δομές Δεδομένων Οι δομές δεδομένων οργανώνουν τα δεδομένα πιο αποδοτικά προγράμματα Πιο ισχυροί υπολογιστές πιο σύνθετες εφαρμογές Οι πιο σύνθετες εφαρμογές απαιτούν
Διαβάστε περισσότεραChapter 7, 8 : Time, Space Complexity
CSC 314: Switching Theory Chapter 7, 8 : Time, Space Complexity 12 December 2008 1 1 Υπολογίσιμα και Εφικτά Υπολογίσιμα Προβλήματα Είδαμε ότι 1. Οτιδήποτεμπορούμεναπεριγράψουμεμεένααλγόριθμο μπορεί να
Διαβάστε περισσότεραΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Λογική Δημήτρης Πλεξουσάκης 3ο μέρος σημειώσεων: Μέθοδος της Επίλυσης Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται στην άδεια
Διαβάστε περισσότεραγια NP-Δύσκολα Προβλήματα
Προσεγγιστικοί Αλγόριθμοι για NP-Δύσκολα Προβλήματα Διδάσκοντες: Σ. Ζάχος, Δ. Φωτάκης Επιμέλεια διαφανειών: Δ. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
Διαβάστε περισσότεραHY118-Διακριτά Μαθηματικά. Θεωρία γράφων/ γραφήματα. Τι έχουμε δει μέχρι τώρα. Ισομορφισμός γράφων: Μία σχέση ισοδυναμίας μεταξύ γράφων.
HY118-Διακριτά Μαθηματικά Θεωρία γράφων/ γραφήματα Τρίτη, 15/05/2018 Αντώνης Α. Αργυρός e-mail: argyros@csd.uoc.gr 16-May-18 1 1 16-May-18 2 2 Τι έχουμε δει μέχρι τώρα Κατευθυνόμενοι μη κατευθυνόμενοι
Διαβάστε περισσότεραΣειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις
Άσκηση 1 Σειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις Να δείξετε ότι οι πιο κάτω γλώσσες είναι διαγνώσιμες. (α) { G,k η G είναι μια ασυμφραστική γραμματική η οποία παράγει κάποια λέξη 1 n όπου n k } (β) { Μ,k η Μ είναι
Διαβάστε περισσότεραΣχεδίαση και Ανάλυση Αλγορίθμων
Σχεδίαση και Ανάλυση Αλγορίθμων Ενότητα 4.0 Επιλογή Αλγόριθμοι Επιλογής Select και Quick-Select Σταύρος Δ. Νικολόπουλος 2016-17 Τμήμα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Webpage: www.cs.uoi.gr/~stavros
Διαβάστε περισσότεραΘεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα
Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα Κεφάλαιο 14. Χρονική Πολυπλοκότητα 17, 20, 24 Απριλίου 2007 Δρ. Παπαδοπούλου Βίκη 1 Υπολογίσιμα και Εφικτά Υπολογίσιμα Προβλήματα Είδαμε ότι 1. Οτιδήποτε μπορούμε να
Διαβάστε περισσότεραΔυναμικός Προγραμματισμός
Δυναμικός Προγραμματισμός Επιμέλεια διαφανειών: Δ. Φωτάκης Τροποποιήσεις: Α. Παγουρτζής Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Διωνυμικοί Συντελεστές Διωνυμικοί
Διαβάστε περισσότεραΕισαγωγικές Έννοιες. ημήτρης Φωτάκης. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
Εισαγωγικές Έννοιες ημήτρης Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons.
Διαβάστε περισσότεραΥπολογιστικό Πρόβληµα
Υπολογιστικό Πρόβληµα Μετασχηµατισµός δεδοµένων εισόδου σε δεδοµένα εξόδου. Δοµή δεδοµένων εισόδου (έγκυρο στιγµιότυπο). Δοµή και ιδιότητες δεδοµένων εξόδου (απάντηση ή λύση). Τυπικά: διµελής σχέση στις
Διαβάστε περισσότεραΘΕΩΡΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜΑΤΩΝ
ΘΕΩΡΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜΑΤΩΝ Ενότητα 13: Πολυωνυμική αναγωγή Ρεφανίδης Ιωάννης Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες,
Διαβάστε περισσότεραΜη Ντετερμινισμός και NP-Πληρότητα
Μη Ντετερμινισμός και P-Πληρότητα ημήτρης Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Μη Ντετερμινιστικές Μηχανές Turing Μη ντετερμινιστική Μηχ. Turing (ΝTM)
Διαβάστε περισσότεραΣχεδίαση και Ανάλυση Αλγορίθμων Ενότητα 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΛΓΟΡΙΘΜΙΚΩΝ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ-ΑΝΑΓΩΓΗ
Σχεδίαση και Ανάλυση Αλγορίθμων Ενότητα 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΛΓΟΡΙΘΜΙΚΩΝ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ-ΑΝΑΓΩΓΗ Δημήτριος Κουκόπουλος Σχολή Οργάνωσης και Διοίκησης Επιχειρήσεων Τμήμα Διαχείρισης Πολιτισμικού Περιβάλλοντος και
Διαβάστε περισσότεραΑλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα
Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα Ροή Δικτύου Δημήτρης Μιχαήλ Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεματικής Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο Μοντελοποίηση Δικτύων Μεταφοράς Τα γραφήματα χρησιμοποιούνται συχνά για την μοντελοποίηση
Διαβάστε περισσότεραHY118-Διακριτά Μαθηματικά. Θεωρία γράφων / γραφήματα. Τι έχουμε δει μέχρι τώρα. Υπογράφημα. 24 -Γράφοι
HY118-Διακριτά Μαθηματικά Θεωρία γράφων / γραφήματα Πέμπτη, 11/05/2017 Αντώνης Α. Αργυρός e-mail: argyros@csd.uoc.gr 11-May-17 1 1 11-May-17 2 2 Τι έχουμε δει μέχρι τώρα Κατευθυνόμενοι μη κατευθυνόμενοι
Διαβάστε περισσότεραΣχεδίαση & Ανάλυση Αλγορίθμων
Σχεδίαση & Ανάλυση Αλγορίθμων Ενότητα 3 Αλγόριθμοι Επιλογής Σταύρος Δ. Νικολόπουλος Τμήμα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Webpage: www.cs.uoi.gr/~stavros Αλγόριθμοι Επιλογής Γνωρίζουμε
Διαβάστε περισσότεραΔυναμικός Προγραμματισμός
Δυναμικός Προγραμματισμός Επιμέλεια διαφανειών: Δ. Φωτάκης Τροποποιήσεις /προσθήκες: Α. Παγουρτζής Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Διωνυμικοί Συντελεστές
Διαβάστε περισσότεραChapter 9: NP-Complete Problems
Θεωρητική Πληροφορική Ι: Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα Chapter 9: NP-Complete Problems 9.3 Graph-Theoretic Problems (Συνέχεια) 9.4 Sets and Numbers Γιώργος Αλεξανδρίδης gealexan@mail.ntua.gr Κεφάλαιο 9:
Διαβάστε περισσότεραΚεφάλαιο 1. Πέντε Αντιπροσωπευτικά Προβλήματα. Έκδοση 1.4, 30/10/2014. Χρησιμοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.
Κεφάλαιο 1 Πέντε Αντιπροσωπευτικά Προβλήματα Έκδοση 1.4, 30/10/2014 Χρησιμοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne. 1 1.2 Πέντε Αντιπροσωπευτικά Προβλήματα 1. Χρονοπρογραμματισμός Διαστημάτων
Διαβάστε περισσότεραHY118-Διακριτά Μαθηματικά
HY118-Διακριτά Μαθηματικά Πέμπτη, 11/05/2017 Αντώνης Α. Αργυρός e-mail: argyros@csd.uoc.gr 11-May-17 1 1 Θεωρία γράφων / γραφήματα 11-May-17 2 2 Τι έχουμε δει μέχρι τώρα Κατευθυνόμενοι μη κατευθυνόμενοι
Διαβάστε περισσότεραΘεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές
Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές Ενότητα 3 ΜΟΝΟΠΑΤΙΑ & ΚΥΚΛΟΙ Σταύρος Δ. Νικολόπουλος 2017-18 www.cs.uoi.gr/~stavros Περίπατος Ίχνος - Διαδρομή Περίπατος (walk) Ίχνος (trail) Διαδρομή
Διαβάστε περισσότεραΣειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις
Άσκηση 1 Σειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις Πιο κάτω υπάρχει ένα σχεδιάγραμμα που τοποθετεί τις κλάσεις των κανονικών, ασυμφραστικών, διαγνώσιμων και αναγνωρίσιμων γλωσσών μέσα στο σύνολο όλων των γλωσσών. Ακολουθούν
Διαβάστε περισσότεραΤεχνικές Αποδείξεις Κάτω Φραγμάτων
Τεχνικές Αποδείξεις Κάτω Φραγμάτων Θέλουμε να δείξουμε κυκλωματικά κάτω φράγματα για ομοιόμορφες κλάσεις επειδή: Δίνουν μεγάλη πληροφορία για τις κλάσεις αυτές: π.χ. αν EXP P /poly σημαίνει Ότι παρότι
Διαβάστε περισσότερα4η Γραπτή Ασκηση Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα CoReLab ΣΗΜΜΥ 3/2/2019 CoReLab (ΣΗΜΜΥ) 4η Γραπτή Ασκηση 3/2/ / 37
4η Γραπτή Άσκηση Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα CoReLab ΣΗΜΜΥ 3/2/2019 CoReLab (ΣΗΜΜΥ) 4η Γραπτή Άσκηση 3/2/2019 1 / 37 Άσκηση 1 Πρέπει να βρούμε όλες τις καλές προτάσεις φίλων για τον i ανάμεσα σε όλους
Διαβάστε περισσότερα4η Γραπτή Ασκηση Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα CoReLab ΣΗΜΜΥ 7 Φεβρουαρίου 2017 CoReLab (ΣΗΜΜΥ) 4η Γραπτή Ασκηση 7 Φεβρουαρίου / 38
4η Γραπτή Άσκηση Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα CoReLab ΣΗΜΜΥ 7 Φεβρουαρίου 2017 CoReLab (ΣΗΜΜΥ) 4η Γραπτή Άσκηση 7 Φεβρουαρίου 2017 1 / 38 Άσκηση 1 Πρέπει να βρούμε όλες τις καλές προτάσεις φίλων για τον
Διαβάστε περισσότεραΚεφάλαιο 8. NP και Υπολογιστική Δυσεπιλυσιµότητα. Χρησιµοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.
Κεφάλαιο 8 NP και Υπολογιστική Δυσεπιλυσιµότητα Χρησιµοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne. 1 πρόβληµα αναζήτησης (search problem) Ένα πρόβληµα αναζήτησης είναι ένα πρόβληµα στο
Διαβάστε περισσότεραΠροσεγγιστικοί Αλγόριθμοι για NP- ύσκολα Προβλήματα
Προσεγγιστικοί Αλγόριθμοι για NP- ύσκολα Προβλήματα ιδάσκοντες: Σ. Ζάχος,. Φωτάκης Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Άδεια
Διαβάστε περισσότεραυναμικός Προγραμματισμός
υναμικός Προγραμματισμός ιδάσκοντες: Σ. Ζάχος,. Φωτάκης Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο ιωνυμικοί Συντελεστές ιωνυμικοί
Διαβάστε περισσότεραHY118- ιακριτά Μαθηµατικά. Θεωρία γράφων / γραφήµατα. Τι έχουµε δει µέχρι τώρα. Υπογράφηµα Γράφοι
HY118- ιακριτά Μαθηµατικά Θεωρία γράφων / γραφήµατα Πέµπτη, 19/05/2016 Αντώνης Α. Αργυρός e-mail: argyros@csd.uoc.gr 5/22/2016 1 1 5/22/2016 2 2 Τι έχουµε δει µέχρι τώρα Κατευθυνόµενοι µη κατευθυνόµενοι
Διαβάστε περισσότεραΠροσεγγιστικοί Αλγόριθμοι για NP- ύσκολα Προβλήματα
Προσεγγιστικοί Αλγόριθμοι για NP- ύσκολα Προβλήματα ημήτρης Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Αντιμετώπιση NP- υσκολίας Αν P NP, όχι αλγόριθμος
Διαβάστε περισσότεραΑσκήσεις μελέτης της 8 ης διάλεξης
Οικονομικό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Τμήμα Πληροφορικής Μάθημα: Τεχνητή Νοημοσύνη, 2017 18 Διδάσκων: Ι. Ανδρουτσόπουλος Ασκήσεις μελέτης της 8 ης διάλεξης 8.1. (i) Έστω ότι α και β είναι δύο τύποι της προτασιακής
Διαβάστε περισσότεραΔυναμικός Προγραμματισμός
Τρίγωνο του Pascal Δυναμικός Προγραμματισμός Διωνυμικοί συντελεστές Διδάσκοντες: Σ. Ζάχος, Δ. Φωτάκης Επιμέλεια διαφανειών: Δ. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο
Διαβάστε περισσότεραΣειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις
Άσκηση 1 Σειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις Να δείξετε ότι οι πιο κάτω γλώσσες είναι διαγνώσιμες. (α) ({ G η G είναι μια ασυμφραστική γραμματική που δεν παράγει καμιά λέξη με μήκος μικρότερο του 2 } (β) { Μ,w
Διαβάστε περισσότεραΚατανεμημένα Συστήματα Ι
Κατανεμημένα Συστήματα Ι Εκλογή αρχηγού και κατασκευή BFS δένδρου σε σύγχρονο γενικό δίκτυο Παναγιώτα Παναγοπούλου Περίληψη Εκλογή αρχηγού σε γενικά δίκτυα Ορισμός του προβλήματος Ο αλγόριθμος FloodMax
Διαβάστε περισσότεραΘεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές
Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές Ενότητα 7 ΧΡΩΜΑΤΙΣΜΟΣ Σταύρος Δ. Νικολόπουλος 2017-18 www.cs.uoi.gr/~stavros Εισαγωγή Χρωματισμός κορυφών-ακμών-περιοχών. Χρωματική τάξη (color class):
Διαβάστε περισσότεραNP-complete problems. IS, 4-Degree IS,CLIQUE, NODE COVER, MAX CUT, MAX BISECTION, BISECTION WIDTH. NP-complete problems 1 / 30
NP-complete problems IS, 4-Degree IS,CLIQUE, NODE COVER, MAX CUT, MAX BISECTION, BISECTION WIDTH Καλογερόπουλος Παναγιώτης (ΜΠΛΑ) NP-complete problems 1 / 30 Independent Set is NP-complete Ορισμός. Εστω
Διαβάστε περισσότεραυναμικός Προγραμματισμός
υναμικός Προγραμματισμός ιδάσκοντες: Σ. Ζάχος,. Φωτάκης Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο ιωνυμικοί Συντελεστές ιωνυμικοί
Διαβάστε περισσότεραΑλγόριθμοι και πολυπλοκότητα: 4 η σειρά ασκήσεων ΣΗΜΜΥ - Ε.Μ.Π.
Αλγόριθμοι και πολυπλοκότητα: 4 η σειρά ασκήσεων CO.RE.LAB. ΣΗΜΜΥ - Ε.Μ.Π. Άσκηση 1 η : Παιχνίδι επιλογής ακμών Έχουμε ένα ακυκλικό κατευθυνόμενο γράφο, μια αρχική κορυφή και δυο παίκτες. Οι παίκτες διαδοχικά
Διαβάστε περισσότεραΘεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα Αναγωγές
Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα Αναγωγές Στην ενότητα αυτή θα μελετηθούν τα εξής επιμέρους θέματα: Ανεπίλυτα Προβλήματα από τη Θεωρία Γλωσσών (5.1) To Πρόβλημα της Περάτωσης Το Πρόβλημα της Κενότητα
Διαβάστε περισσότεραΑριθμήσιμα σύνολα. Μαθηματικά Πληροφορικής 5ο Μάθημα. Παραδείγματα αριθμήσιμων συνόλων. Οι ρητοί αριθμοί
Αριθμήσιμα σύνολα Μαθηματικά Πληροφορικής 5ο Μάθημα Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών Πανεπιστήμιο Αθηνών Ορισμός Πόσα στοιχεία έχει το σύνολο {a, b, r, q, x}; Οσα και το σύνολο {,,, 4, 5} που είναι
Διαβάστε περισσότεραCSC 314: Switching Theory
CSC 314: Switching Theory Course Summary 9 th January 2009 1 1 Θέματα Μαθήματος Ερωτήσεις Τι είναι αλγόριθμος? Τι μπορεί να υπολογιστεί? Απαντήσεις Μοντέλα Υπολογισμού Δυνατότητες και μη-δυνατότητες 2
Διαβάστε περισσότεραΓραμμικός Προγραμματισμός
Γραμμικός Προγραμματισμός Δημήτρης Φωτάκης Προσθήκες (λίγες): Άρης Παγουρτζής Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Γραμμικός Προγραμματισμός Ελαχιστοποίηση
Διαβάστε περισσότεραΣειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις
Άσκηση 1 Σειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις Να δείξετε ότι οι πιο κάτω γλώσσες είναι διαγνώσιμες. (α) { R η R είναι μια κανονική έκφραση η οποία παράγει μια μη πεπερασμένη γλώσσα} (β) { G η G είναι μια CFG η οποία
Διαβάστε περισσότεραΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΚΑΙ ΠΟΛΥΠΛΟΚΟΤΗΤΑ Φεβρουάριος 2005 Σύνολο μονάδων: 91
Ε.Μ.Πoλυτεχνείο ΣΗΜΜΥ, ΣΕΜΦΕ Τομέας Τεχνολογίας Πληροφορικής & Υπολογιστών Διδάσκων: Ε.Ζαχος Ονοματεπώνυμο:... Αριθμός Μητρώου:... Σχολή:... εξάμηνο:... ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΚΑΙ ΠΟΛΥΠΛΟΚΟΤΗΤΑ Φεβρουάριος 005 Σύνολο
Διαβάστε περισσότεραΠροβλήματα, αλγόριθμοι, ψευδοκώδικας
Προβλήματα, αλγόριθμοι, ψευδοκώδικας October 11, 2011 Στο μάθημα Αλγοριθμική και Δομές Δεδομένων θα ασχοληθούμε με ένα μέρος της διαδικασίας επίλυσης υπολογιστικών προβλημάτων. Συγκεκριμένα θα δούμε τι
Διαβάστε περισσότεραΣειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις
Άσκηση 1 Σειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις Να δείξετε ότι οι πιο κάτω γλώσσες είναι διαγνώσιμες. (α) { D το D είναι ένα DFA το οποίο αποδέχεται όλες τις λέξεις στο Σ * } (α) Για να διαγνώσουμε το πρόβλημα μπορούμε
Διαβάστε περισσότεραΑσυμπτωτικός Συμβολισμός
Ασυμπτωτικός Συμβολισμός Επιμέλεια διαφανειών: Δημήτρης Φωτάκης (λίγες προσθήκες: Άρης Παγουρτζής) Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Υπολογιστική Πολυπλοκότητα
Διαβάστε περισσότεραΗΥ180: Λογική Διδάσκων: Δημήτρης Πλεξουσάκης. Φροντιστήριο 8 Επίλυση για Horn Clauses Λογικός Προγραμματισμός Τετάρτη 9 Μαΐου 2012
ΗΥ180: Λογική Διδάσκων: Δημήτρης Πλεξουσάκης Φροντιστήριο 8 Επίλυση για Horn Clauses Λογικός Προγραμματισμός Τετάρτη 9 Μαΐου 2012 Πληρότητα της μεθόδου επίλυσης Λήμμα: Αν κάθε μέλος ενός συνόλου όρων περιέχει
Διαβάστε περισσότεραέντρα ιδάσκοντες:. Φωτάκης,. Σούλιου Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
έντρα ιδάσκοντες:. Φωτάκης,. Σούλιου Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο έντρα έντρο: πρότυπο ιεραρχικής δομής. Αναπαράσταση
Διαβάστε περισσότεραΥποθέσεις - - Θεωρήματα Υποθέσεις - Θεωρήματα Στα μαθηματικά και στις άλλες επιστήμες κάνουμε συχνά υποθέσεις. Οταν δείξουμε ότι μια υπόθεση είναι αλη
Υποθέσεις - - Θεωρήματα Μαθηματικά Πληροφορικής 1ο Μάθημα Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών Πανεπιστήμιο Αθηνών Υποθέσεις - - Θεωρήματα Υποθέσεις - Θεωρήματα Στα μαθηματικά και στις άλλες επιστήμες
Διαβάστε περισσότερα(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις
(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις Διδάσκοντες: Φ. Αφράτη, Δ. Φωτάκης Επιμέλεια διαφανειών: Δ. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Αναδρομικές Σχέσεις
Διαβάστε περισσότεραHY118-Διακριτά Μαθηματικά. Θεωρία γράφων/ γραφήματα. Τι είδαμε την προηγούμενη φορά. Συνεκτικότητα. 25 -Γράφοι
HY118-Διακριτά Μαθηματικά Θεωρία γράφων/ γραφήματα Πέμπτη, 17/05/2018 Αντώνης Α. Αργυρός e-mail: argyros@csd.uoc.gr 17-May-18 1 1 17-May-18 2 2 Τι είδαμε την προηγούμενη φορά Ισομορφισμός γράφων Υπολογιστική
Διαβάστε περισσότεραHY Λογική Διδάσκων: Δ. Πλεξουσάκης
HY-180 - Λογική Διδάσκων: Δ. Πλεξουσάκης Πληρότητα της μεθόδου επίλυσης Λήμμα: Αν κάθε μέλος ενός συνόλου όρων περιέχει ένα αρνητικό γράμμα, τότε το σύνολο είναι ικανοποιήσιμο. Άρα για να είναι μη-ικανοποιήσιμο,
Διαβάστε περισσότεραΑλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα
Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα 7ο εξάμηνο ΣHMΜY Εισαγωγή Διδάσκοντες: Άρης Παγουρτζής, Δώρα Σούλιου Στάθης Ζάχος, Δημήτρης Σακαβάλας Επιμέλεια διαφανειών: Άρης Παγουρτζής www.corelab.ntua.gr/courses/algorithms
Διαβάστε περισσότεραHY118-Διακριτά Μαθηματικά. Τι είδαμε την προηγούμενη φορά. Θεωρία γράφων / γραφήματα. 25 -Γράφοι. ΗΥ118, Διακριτά Μαθηματικά Άνοιξη 2017
HY118-Διακριτά Μαθηματικά Τι είδαμε την προηγούμενη φορά Παρασκευή, 12/05/2017 Αντώνης Α. Αργυρός e-mail: argyros@csd.uoc.gr Υπογράφημα Συμπληρωματικά γραφήματα Ισομορφισμός γράφων Υπολογιστική πολυπλοκότητα
Διαβάστε περισσότεραΤο πρόβλημα μονοδρόμησης (The One-Way Street Problem)
Το πρόβλημα μονοδρόμησης (The One-Way Street Problem) Το πρόβλημα Σχετίζεται με τη διαχείριση της κίνησης οχημάτων στους δρόμους Αν δεν υπήρχαν καθυστερήσεις στην κίνηση στις πόλεις Αποφυγή σπατάλης ενέργειας
Διαβάστε περισσότεραΠΛΕ075: Προηγμένη Σχεδίαση Αλγορίθμων και Δομών Δεδομένων. Λουκάς Γεωργιάδης
ΠΛΕ075: Προηγμένη Σχεδίαση Αλγορίθμων και Δομών Δεδομένων Λουκάς Γεωργιάδης loukas@cs.uoi.gr www.cs.uoi.gr/~loukas Βασικές έννοιες και εφαρμογές Αλγόριθμος: Μέθοδος για την επίλυση ενός προβλήματος Δομή
Διαβάστε περισσότεραιδάσκοντες: Φ. Αφράτη,. Φωτάκης,. Σούλιου Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
έντρα ιδάσκοντες: Φ. Αφράτη,. Φωτάκης,. Σούλιου Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο έντρα έντρο: πρότυπο ιεραρχικής δομής.
Διαβάστε περισσότεραILP-Feasibility conp
Διάλεξη 19: 23.12.2014 Θεωρία Γραμμικού Προγραμματισμού Γραφέας: Χαρίλαος Τζόβας Διδάσκων: Σταύρος Κολλιόπουλος 19.1 Θεωρία Πολυπλοκότητας και προβλήματα απόφασης Για να μιλήσουμε για προβλήματα και τον
Διαβάστε περισσότεραΑσυμπτωτικός Συμβολισμός
Ασυμπτωτικός Συμβολισμός ημήτρης Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Υπολογιστική Πολυπλοκότητα Υπολογιστική πολυπλοκότητα αλγόριθμου Α: Ποσότητα
Διαβάστε περισσότεραΠληρότητα της μεθόδου επίλυσης
Πληρότητα της μεθόδου επίλυσης Λήμμα: Αν κάθε μέλος ενός συνόλου όρων περιέχει ένα αρνητικό γράμμα, τότε το σύνολο είναι ικανοποιήσιμο. Άρα για να είναι μη-ικανοποιήσιμο, θα πρέπει να περιέχει τουλάχιστον
Διαβάστε περισσότεραυναμικός Προγραμματισμός
υναμικός Προγραμματισμός ημήτρης Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο ιακριτό Πρόβλημα Σακιδίου ίνονται n αντικείμενα και σακίδιο μεγέθους Β. Αντικείμενο
Διαβάστε περισσότεραΦροντιστήριο 11 Λύσεις
Άσκηση 1 Φροντιστήριο 11 Λύσεις Να αποδείξετε ότι η κλάση Ρ είναι κλειστή ως προς τις πράξεις της ένωσης, της συναρμογής και του συμπληρώματος. Θα πρέπει να δείξουμε ότι: (α) Ένωση: Αν οι Λ 1 και Λ 2 είναι
Διαβάστε περισσότεραΤο πρόβλημα του σταθερού γάμου
Το πρόβλημα του σταθερού γάμου Γάμος και Θεωρία Γραφημάτων Γάμος πρόβλημα ταιριάσματος Θα δούμε έναν αλγόριθμο ταιριάσματος (matching algorithm) που χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές Γνωριμίες (γραφεία,
Διαβάστε περισσότερα(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις
(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις ιδάσκοντες: Φ. Αφράτη,. Φωτάκης Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Αναδρομικές Σχέσεις Αναπαράσταση
Διαβάστε περισσότεραΚΕΦΑΛΑΙΟ 12: Θεωρία υπολογισµών
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 12: Θεωρία υπολογισµών 1 Συναρτήσεις και ο υπολογισµός τους 2 Μηχανές Turing 3 Καθολικές γλώσσες προγραµµατισµού 4 Μια µη υπολογίσιµη συνάρτηση 5 Πολυπλοκότητα προβληµάτων 1 Συναρτήσεις Μία συνάρτηση
Διαβάστε περισσότεραΜέθοδοι μονοδιάστατης ελαχιστοποίησης
Βασικές αρχές μεθόδων ελαχιστοποίησης Μέθοδοι μονοδιάστατης ελαχιστοποίησης Οι μέθοδοι ελαχιστοποίησης είναι επαναληπτικές. Ξεκινώντας από μια αρχική προσέγγιση του ελαχίστου (την συμβολίζουμε ) παράγουν
Διαβάστε περισσότεραΣΥΝΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΓΡΑΦΗΜΑΤΩΝ
Συνεκτικότητα Γραφημάτων 123 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΣΥΝΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΓΡΑΦΗΜΑΤΩΝ 4.1 Τοπική και Ολική Συνεκτικότητα Γραφημάτων 4.2 Συνεκτικότητα Μη-κατευθυνόμενων Γραφημάτων 4.3 Συνεκτικότητα Κατευθυνόμενων Γραφημάτων
Διαβάστε περισσότεραΕΠΛ 211: Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητας. Διάλεξη 13: Παραλλαγές Μηχανών Turing και Περιγραφή Αλγορίθμων
ΕΠΛ 211: Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητας Διάλεξη 13: Παραλλαγές Μηχανών Turing και Περιγραφή Αλγορίθμων Τι θα κάνουμε σήμερα Εισαγωγή Πολυταινιακές Μηχανές Turing (3.2.1) Μη Ντετερμινιστικές Μηχανές
Διαβάστε περισσότεραΚατανεμημένα Συστήματα Ι
Εκλογή αρχηγού σε γενικά δίκτυα 20 Οκτωβρίου 2016 Παναγιώτα Παναγοπούλου Εκλογή αρχηγού σε γενικά δίκτυα Προηγούμενη διάλεξη Σύγχρονα Κατανεμημένα Συστήματα Μοντελοποίηση συστήματος Πρόβλημα εκλογής αρχηγού
Διαβάστε περισσότεραΥπολογιστική Πολυπλοκότητα Εξέταση Ιουνίου 2017 Σελ. 1 από 5
Υπολογιστική Πολυπλοκότητα Εξέταση Ιουνίου 2017 Σελ. 1 από 5 Στη σελίδα αυτή γράψτε μόνο τα στοιχεία σας. Γράψτε τις απαντήσεις σας στις επόμενες σελίδες, κάτω από τις αντίστοιχες ερωτήσεις. Στις απαντήσεις
Διαβάστε περισσότεραΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ. Λογική. Δημήτρης Πλεξουσάκης
ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Λογική Δημήτρης Πλεξουσάκης 2ο μέρος σημειώσεων: Συστήματα Αποδείξεων για τον ΠΛ, Μορφολογική Παραγωγή, Κατασκευή Μοντέλων Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών Άδειες Χρήσης
Διαβάστε περισσότεραΣειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις
Άσκηση 1 Σειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις Να δείξετε ότι οι πιο κάτω γλώσσες είναι διαγνώσιμες. (α) { G 1, G 2 οι G 1 και G 2 είναι δύο CFG που παράγουν μια κοινή λέξη μήκους 144 } (β) { D,k το D είναι ένα DFA
Διαβάστε περισσότεραΘεωρία Υπολογισμού Άρτιοι ΑΜ. Διδάσκων: Σταύρος Κολλιόπουλος. eclass.di.uoa.gr. Περιγραφή μαθήματος
Περιγραφή μαθήματος Θεωρία Υπολογισμού Άρτιοι ΑΜ Σκοπός του μαθήματος είναι η εισαγωγή στη Θεωρία Υπολογισμού και στη Θεωρία Υπολογιστικής Πολυπλοκότητας (Θεωρία Αλγορίθμων). Διδάσκων: Σταύρος Κολλιόπουλος
Διαβάστε περισσότερα