Κεφάλαιο 8. NP και Υπολογιστική Δυσεπιλυσιµότητα. Χρησιµοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

Σχετικά έγγραφα
Κεφάλαιο 8. NP και Υπολογιστική Δυσεπιλυσιμότητα. Χρησιμοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

Κεφάλαιο 8. NP και Υπολογιστική Δυσεπιλυσιμότητα. Παύλος Εφραιμίδης V1.1,

Κεφάλαιο 1. Πέντε Αντιπροσωπευτικά Προβλήματα. Έκδοση 1.4, 30/10/2014. Χρησιμοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

Κλάσεις Πολυπλοκότητας

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

ΕΠΛ 211: Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητας. Διάλεξη 18: Χρονική και Χωρική Πολυπλοκότητα

Δομές Δεδομένων και Αλγόριθμοι

NP-πληρότητα. Λεωνίδας Παληός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων

Φροντιστήριο 11 Λύσεις

Κλάση NP, NP-Complete Προβλήματα

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Πολυπλοκότητα. Παράμετροι της αποδοτικότητας ενός αλγόριθμου: Χρόνος εκτέλεσης. Απαιτούμενοι πόροι, π.χ. μνήμη, εύρος ζώνης. Προσπάθεια υλοποίησης

Κατώτερα φράγματα Κατώτερο φράγμα: εκτίμηση της ελάχιστης εργασίας που απαιτείται για την επίλυση ενός προβλήματος. Παραδείγματα: Αριθμός συγκρίσεων π

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

Σειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις

Κεφάλαιο 3. Γραφήµατα v1.0 ( ) Χρησιµοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 12: Θεωρία υπολογισµών

Προσεγγιστικοί Αλγόριθμοι

Ασκήσεις Επανάληψης. Επανάληψη Εαρινό Εξάμηνο 2019 Σελίδα 1

Υπολογιστική Πολυπλοκότητα Εξέταση Ιουνίου 2017 Σελ. 1 από 5

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

Υπολογιστική Πολυπλοκότητα

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

Κεφάλαιο 4. Άπληστοι Αλγόριθµοι (Greedy Algorithms) Χρησιµοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα

ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΚΑΙ ΠΟΛΥΠΛΟΚΟΤΗΤΑ Φεβρουάριος 2005 Σύνολο μονάδων: 91

Κεφάλαιο 1. Εισαγωγή: Κάποια Αντιπροσωπευτικά Προβλήµατα. Έκδοση 1.3, 29/02/2012. Χρησιµοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

Υπολογιστική Πολυπλοκότητα

Initialize each person to be free. while (some man is free and hasn't proposed to every woman) { Choose such a man m w = 1 st woman on m's list to

Το πρόβλημα μονοδρόμησης (The One-Way Street Problem)

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

για NP-Δύσκολα Προβλήματα

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

Σειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις

Chapter 7, 8 : Time, Space Complexity

Chapter 7, 8 : Time, Space Complexity

NP-complete problems. IS, 4-Degree IS,CLIQUE, NODE COVER, MAX CUT, MAX BISECTION, BISECTION WIDTH. NP-complete problems 1 / 30

Προσεγγιστικοί Αλγόριθμοι για NP- ύσκολα Προβλήματα

Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα

Σειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις

Προσεγγιστικοί Αλγόριθμοι βασισμένοι σε Γραμμικό Προγραμματισμό

Κεφάλαιο 4. Αλγόριθµος του Dijkstra. Χρησιµοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

Κεφάλαιο 4. Διαίρει και Βασίλευε (Divide and Conquer) Χρησιµοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

Κεφάλαιο 4. Διαίρει και Βασίλευε (Divide and Conquer) Παύλος Εφραιμίδης V1.1,

Σχεδίαση και Ανάλυση Αλγορίθμων Ενότητα 5: ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΛΓΟΡΙΘΜΙΚΩΝ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ-ΑΝΑΓΩΓΗ

ΕΠΛ 211: Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητας. Διάλεξη 13: Παραλλαγές Μηχανών Turing και Περιγραφή Αλγορίθμων

Προσεγγιστικοί Αλγόριθμοι

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα Χρονική Πολυπλοκότητα

4η Γραπτή Ασκηση Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα CoReLab ΣΗΜΜΥ 7 Φεβρουαρίου 2017 CoReLab (ΣΗΜΜΥ) 4η Γραπτή Ασκηση 7 Φεβρουαρίου / 38

4η Γραπτή Ασκηση Αλγόριθμοι και Πολυπλοκότητα CoReLab ΣΗΜΜΥ 3/2/2019 CoReLab (ΣΗΜΜΥ) 4η Γραπτή Ασκηση 3/2/ / 37

ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ. Ενότητα 11: Περιορισμοί της Αλγοριθμικής Ισχύος

Υπολογιστική Πολυπλοκότητα

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. Πρόλογος στη δεύτερη έκδοση

Παραμετρική Πολυπλοκότητα και Αλγόριθμοι

Προσεγγιστικοί Αλγόριθμοι για NP- ύσκολα Προβλήματα

Κεφάλαιο 4. Αλγόριθμος του Dijkstra. Χρησιμοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ

Αλγόριθμοι Προσέγγισης για NP-Δύσκολα Προβλήματα

Σειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις

Σειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις

Λύσεις 4ης Σειράς Ασκήσεων

Διαλογικά Συσ τήματα Αποδείξεων Διαλογικά Συστήματα Αποδείξεων Αντώνης Αντωνόπουλος Κρυπτογραφία & Πολυπλοκότητα 17/2/2012

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα

Θεωρία Γραφημάτων Θεμελιώσεις-Αλγόριθμοι-Εφαρμογές

Μη Ντετερμινισμός και NP-Πληρότητα

Κεφάλαιο 3. Γραφήµατα v1.1 ( ) Χρησιµοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

11.1 Συναρτήσεις. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11: Θεωρία υπολογισµών

HY118- ιακριτά Μαθηµατικά. Θεωρία γράφων / γραφήµατα. Τι έχουµε δει µέχρι τώρα. Υπογράφηµα Γράφοι

Θεωρία Υπολογισµού Theory of Computation

Επίπεδα Γραφήματα : Προβλήματα και Υπολογιστική Πολυπλοκότητα

CSC 314: Switching Theory

Ασυμπτωτικός Συμβολισμός

ΔΥΣΚΟΛΙΑ ΣΤΗΝ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΙΜΟΤΗΤΑ

Ασυμπτωτικός Συμβολισμός

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 12: Θεωρία υπολογισμού

ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ

Υποθέσεις - - Θεωρήματα Υποθέσεις - Θεωρήματα Στα μαθηματικά και στις άλλες επιστήμες κάνουμε συχνά υποθέσεις. Οταν δείξουμε ότι μια υπόθεση είναι αλη

Προσεγγιστικοί Αλγόριθμοι βασισμένοι σε Γραμμικό Προγραμματισμό

HY380 Αλγόριθμοι και πολυπλοκότητα Hard Problems

Αλγοριθμικές Τεχνικές. Brute Force. Διαίρει και Βασίλευε. Παράδειγμα MergeSort. Παράδειγμα. Τεχνικές Σχεδιασμού Αλγορίθμων

ΘΕΩΡΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜΑΤΩΝ

Μη Ντετερμινισμός και NP-Πληρότητα

Ασυμπτωτικός Συμβολισμός

Αλγόριθµοι και Πολυπλοκότητα

Σειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις

Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υπολογιστών

Υποθέσεις - Θεωρήματα. Μαθηματικά Πληροφορικής 1ο Μάθημα. Η χρυσή τομή. Υποθέσεις - Εικασίες

Αλγοριθμικές Τεχνικές

Κεφάλαιο 2. Η δομή δεδομένων Σωρός και η Ταξινόμηση Σωρού (The Heap data structure and Heapsort) Έκδοση 1.3, 14/11/2014

HY118-Διακριτά Μαθηματικά

Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υπολογιστών

Κεφάλαιο 2. Η δοµή δεδοµένων Σωρός και η Ταξινόµηση Σωρού (The Heap data structure and Heapsort) Έκδοση 1.1, 12/05/2010

Σειρά Προβλημάτων 5 Λύσεις

Κεφάλαιο 3. Γραφήματα. v1.3 ( ) Χρησιμοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

Αλγόριθµοι Προσέγγισης για NP- ύσκολα Προβλήµατα

Εισαγωγή στους Αλγόριθµους. Αλγόριθµοι. Ιστορικά Στοιχεία. Ο πρώτος Αλγόριθµος. Παραδείγµατα Αλγορίθµων. Τι είναι Αλγόριθµος

Κεφάλαιο 2. Βασικά στοιχεία ανάλυσης αλγορίθμων. Χρησιμοποιήθηκε υλικό από τις αγγλικές διαφάνειες του Kevin Wayne.

Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υπολογιστών

Transcript:

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 οποίο το ζητούµενο είναι µέσα σε ένα πλήθος πιθανών λύσεων να βρεθεί µια λύση που ικανοποιεί συγκεκριµένες ιδιότητες. Η προτεινόµενη λύση θα πρέπει να µπορεί να ελεγχθεί σε πολυωνυµικό χρόνο για την ορθότητά της. Για παράδειγµα στο πρόβληµα του ανεξάρτητου συνόλου σε γράφηµα G το σύνολο των πιθανών υποσυνόλων του συνόλου κορυφών V είναι ο χώρος των πιθανών λύσεων. Το ζητούµενο είναι δεδοµένου ενός αριθµού k να βρεθεί ανεξάρτητο σύνολο µεγέθους τουλάχιστον k. 2

Κλάσεις Πολυπλοκότητας Algorithm design anti-patterns. P: το σύνολο των προβληµάτων για τα οποία υπάρχει αλγόριθµος µε πολυωνυµική πολυπλοκότητα χρόνου Παράδειγµα: Ταξινόµηση n αριθµών NP: το σύνολο των προβληµάτων για τα οποία υπάρχει αλγόριθµος που µπορεί να επαληθεύσει µια έγκυρη λύση σε πολυωνυµικό χρόνο ή διαφορετικά µια µη-ντετερµινιστική µηχανή Turing µπορεί να λύσει το πρόβληµα σε πολυωνυµικό χρόνο. Από την τελευταία περιγραφή πήρε η κλάση το όνοµά της: Non-deterministic Polynomial time Παράδειγµα: Εύρεση ανεξάρτητου συνόλου σε γράφηµα G Ισχύει ότι P NP και εικάζεται ότι η κλάση NP είναι ευρύτερη της P χωρίς αυτό να έχει αποδειχθεί ακόµα. 3

Άλλες κλάσεις πολυπλοκότητας Οι κλάσεις πολυπλοκότητας δεν εξαντλούνται µε τις P και NP. Υπάρχει για παράδειγµα η κλάση PSPACE για την οποία ισχύει NP PSPACE και εικάζεται ότι η PSPACE είναι ευρύτερη της NP χωρίς αυτό να έχει αποδειχθεί ακόµα. Υπάρχουν επίσης ειδικές κλάσεις πολυπλοκότητας που αφορούν τυχαιοποιηµένους υπολογισµούς κλάσεις (BPP, RP, κτλ.), κλάσεις που αφορούν αλγορίθµους προσέγγισης (MAXSNP), κτλ. 4

Αναγωγή Πολυωνυµικού Χρόνου Σκοπός. Οµαδοποίηση προβληµάτων σε κλάσεις µε ισοδύναµη πολυπλοκότητα χρόνου. Σχεδιασµός αλγορίθµων. Εάν X P Y και το Y επιλύεται σε πολυωνυµικό χρόνο, τότε και το X µπορεί να επιλυθεί σε πολυωνυµικό χρόνο. Απόδειξη Δυσεπιλυσιµότητας. Εάν X P Y και το X δεν µπορεί να λυθεί σε πολυωνυµικό χρόνο, τότε και το Y δεν µπορεί να λυθεί σε πολυωνυµικό χρόνο. Ισοδυναµία. Εάν X P Y και Y P X, τότε X P Y. 5

Παράδειγµα µιας αναγωγής

ανεξάρτητο σύνολο (independent set) ανεξάρτητο σύνολο: Για γράφηµα G = (V, E) και ακέραιο k, υπάρχει σύνολο κορυφών S V τέτοιο ώστε S k, και για κάθε ακµή το πολύ µία κορυφή της να ανήκει στο S (ουσιαστικά δηλαδή να µην υπάρχουν ακµές µεταξύ των κορυφών του S); Παράδειγµα. Υπάρχει ανεξάρτητο σύνολο µε µέγεθος 6; Ναι. Παράδειγµα. Υπάρχει ανεξάρτητο σύνολο µε µέγεθος 7; Όχι. ανεξάρτητο σύνολο 7

Κάλυψη Κορυφών (Vertex Cover) Κάλυψη κορυφών: Για γράφηµα G = (V, E) και ακέραιο k, υπάρχει σύνολο κορυφών S V τέτοιο ώστε S k, και για κάθε ακµή, τουλάχιστον ένα από τα άκρα της να βρίσκεται στο S; Παράδειγµα. Υπάρχει κάλυψη κορυφών µεγέθους 4; Ναι. Παράδειγµα. Υπάρχει κάλυψη κορυφών µεγέθους 3; Όχι. κάλυψη κορυφών 8

Κάλυψη κορυφών και ανεξάρτητο σύνολο Ισχυρισµός. Κάλυψη-κορυφών P Ανεξάρτητο-σύνολο. Απόδειξη. Θα δείξουµε ότι S είναι ένα ανεξάρτητο σύνολο αν και µόνο αν το V S είναι µια κάλυψη συνόλου. ανεξάρτητο σύνολο κάλυψη κορυφών 9

Κάλυψη κορυφών και ανεξάρτητο σύνολο Ισχυρισµός. Κάλυψη-κορυφών P Ανεξάρτητο-σύνολο. Απόδειξη. Θα δείξουµε ότι S είναι ένα ανεξάρτητο σύνολο αν και µόνο αν το V S είναι µια κάλυψη συνόλου. Έστω S ένα ανεξάρτητο σύνολο. Θεωρούµε µια αυθαίρετη ακµή (u, v). S ανεξάρτητο u S or v S u V S or v V S. Εποµένως, το V S καλύπτει την ακµή (u, v). Έστω V S µία οποιαδήποτε κάλυψη κορυφών. Έστω δύο κόµβοι u S και v S. Παρατηρούµε ότι (u, v) E διότι το V S είναι µια κάλυψη κορυφών. Εποµένως, κανένα ζεύγος κορυφών στο S δεν συνδέεται µε ακµή S ανεξάρτητο σύνολο. 10

πηγές-αναφορές Κεφάλαιο 8, Σχεδίαση Αλγορίθµων, J. Kleinberg and E. Tardos, Ελληνική έκδοση από τις Εκδ. Κλειδάριθµος 11