สูตรบูลีนเชิงปริมาณที่แท้จริง
ในทฤษฎีความซับซ้อนของการคำนวณภาษาTQBFเป็นภาษาเชิงรูปธรรมที่ประกอบด้วยสูตรบูลีนที่มีตัวบ่งปริมาณที่เป็นจริงสูตรบูลีนที่มีตัวบ่งปริมาณ (อย่างสมบูรณ์) คือสูตรในตรรกศาสตร์เชิงประพจน์ที่มี ตัวบ่งปริมาณ (หรือที่เรียกว่าตรรกศาสตร์เชิงประพจน์ลำดับที่สอง ) ซึ่งตัวแปรทุกตัวมีตัวบ่งปริมาณ (หรือถูกผูกไว้ ) โดยใช้ตัวบ่งปริมาณแบบมีอยู่หรือแบบสากลที่จุดเริ่มต้นของประโยค สูตรดังกล่าวเทียบเท่ากับจริงหรือเท็จ (เนื่องจากไม่มีตัวแปรอิสระ ) หากสูตรดังกล่าวประเมินค่าเป็นจริง สูตรนั้นจะอยู่ในภาษา TQBF หรือที่รู้จักกันในชื่อQSAT (Quantified SAT )
ภาพรวม
ในทฤษฎีความซับซ้อนของการคำนวณปัญหาของสูตรบูลีนที่มีตัวบ่งปริมาณ ( QBF ) เป็นการขยายความของปัญหาความสามารถในการทำให้เป็นจริงของบูลีนโดยที่ สามารถใช้ ตัวบ่งปริมาณแบบมีอยู่และตัวบ่งปริมาณแบบสากลกับแต่ละตัวแปรได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ถามว่ารูปแบบประโยคที่มีตัวบ่งปริมาณเหนือเซตของตัวแปรบูลีนนั้นเป็นจริงหรือเท็จ ตัวอย่างเช่น ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของ QBF:
QBF เป็นปัญหาที่สมบูรณ์แบบ ตามแบบฉบับ สำหรับPSPACEซึ่งเป็นคลาสของปัญหาที่สามารถแก้ไขได้โดยเครื่องจักรทัวริง แบบกำหนดหรือแบบไม่กำหนด ในพื้นที่พหุนามและเวลาไม่จำกัด[ 1 ]เมื่อกำหนดสูตรในรูปแบบของต้นไม้ไวยากรณ์นามธรรมปัญหาสามารถแก้ไขได้ง่ายโดยชุดของขั้นตอนแบบเรียกซ้ำซึ่งกันและกันซึ่งประเมินสูตร อัลกอริทึมดังกล่าวใช้พื้นที่ตามสัดส่วนความสูงของต้นไม้ ซึ่งเป็นเชิงเส้นในกรณีที่เลวร้ายที่สุด แต่ใช้เวลาแบบเลขชี้กำลังตามจำนวนตัวบ่งปริมาณ
หากMA ⊊ PSPACE ซึ่งเป็นที่เชื่อกันอย่างกว้างขวาง QBF จะไม่สามารถแก้ไขได้ หรือแม้แต่ตรวจสอบคำตอบที่กำหนดได้ ไม่ว่าจะในเวลาพหุนามแบบกำหนดหรือแบบความน่าจะเป็น (อันที่จริง ต่างจากปัญหาความพึงพอใจ ไม่มีวิธีใดที่ทราบในการระบุคำตอบอย่างกระชับ) สามารถแก้ไขได้โดยใช้เครื่องทัวริงแบบสลับในเวลาเชิงเส้น เนื่องจากAP = PSPACE โดยที่ AP คือคลาสของปัญหาที่เครื่องสลับสามารถแก้ไขได้ในเวลาพหุนาม[ 2 ]
เมื่อมีการแสดง ผลลัพธ์ที่สำคัญ IP = PSPACE (ดู ระบบพิสูจน์แบบโต้ตอบ ) จะทำโดยการแสดงระบบพิสูจน์แบบโต้ตอบที่สามารถแก้ปัญหา QBF ได้โดยการแก้ปัญหาการคำนวณเลขคณิตเฉพาะของปัญหา[ 3 ]
สูตร QBF มีรูปแบบมาตรฐานที่มีประโยชน์หลายรูปแบบ ตัวอย่างเช่น สามารถแสดงได้ว่ามีการลดรูปหลายหนึ่งแบบใช้เวลาพหุนามที่จะย้ายตัวบ่งปริมาณทั้งหมดไปไว้ด้านหน้าของสูตร และทำให้สลับกันระหว่างตัวบ่งปริมาณสากลและตัวบ่งปริมาณเชิงมีอยู่ นอกจากนี้ยังมีการลดรูปอีกแบบหนึ่งที่พิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ในการพิสูจน์ IP = PSPACE โดยที่วางตัวบ่งปริมาณสากลไม่เกินหนึ่งตัวระหว่างการใช้งานตัวแปรแต่ละตัวกับตัวบ่งปริมาณที่ผูกตัวแปรนั้นไว้ สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการจำกัดจำนวนผลคูณในนิพจน์ย่อยบางส่วนของการแปลงเป็นเลขคณิต
รูปแบบปกติของ Prenex
สูตรบูลีนที่มีตัวบ่งปริมาณครบถ้วนสามารถสันนิษฐานได้ว่ามีรูปแบบเฉพาะมาก เรียกว่ารูปแบบปกติพรีเน็กซ์ (prenex normal form ) ซึ่งประกอบด้วยสองส่วนพื้นฐาน ได้แก่ ส่วนที่ประกอบด้วยตัวบ่งปริมาณเท่านั้น และส่วนที่ประกอบด้วยสูตรบูลีนที่ไม่มีตัวบ่งปริมาณ ซึ่งโดยปกติจะแสดงด้วยสัญลักษณ์ถ้ามีตัวแปรบูลีน สูตรทั้งหมดสามารถเขียนได้ดังนี้
โดยที่ตัวแปรทุกตัวจะอยู่ในขอบเขตของตัวบ่งปริมาณบางตัว โดยการแนะนำตัวแปรดัมมี่ สูตรใดๆ ในรูปแบบปกติก่อนสัมประสิทธิ์ (prenex normal form) สามารถแปลงเป็นประโยคที่ตัวบ่งปริมาณเชิงมีอยู่และเชิงสากลสลับกันได้ โดยใช้ตัวแปรดัมมี่,
ประโยคที่สองมี ค่าความจริงเดียวกันแต่มีโครงสร้างไวยากรณ์ที่จำกัด การสมมติว่าสูตรบูลีนที่มีตัวบ่งปริมาณครบถ้วนอยู่ในรูปแบบปกติพรีเน็กซ์เป็นลักษณะที่พบได้บ่อยในการพิสูจน์
ผู้แก้ปัญหา QBF
ไร้เดียงสา
มีอัลกอริธึมแบบเรียกซ้ำอย่างง่ายสำหรับตรวจสอบว่า QBF อยู่ใน TQBF หรือไม่ (กล่าวคือ เป็นจริง) โดยกำหนด QBF มาให้
ถ้าสูตรไม่มีตัวบ่งปริมาณ เราสามารถส่งคืนสูตรนั้นได้เลย แต่ถ้ามี เราจะตัดตัวบ่งปริมาณตัวแรกออก แล้วตรวจสอบค่าที่เป็นไปได้ทั้งสองค่าสำหรับตัวแปรตัวแรก:
ถ้าจากนั้นจึงส่งคืน. ถ้าจากนั้นจึงส่งคืน[ 4 ]
อั ลกอริทึมนี้ทำงานเร็วแค่ไหน? สำหรับตัวบ่งปริมาณแต่ละตัวใน QBF เริ่มต้น อัลกอริทึมจะเรียกซ้ำสองครั้งบนปัญหาย่อยที่มีขนาดเล็กกว่าเชิงเส้นเท่านั้น ซึ่งทำให้อัลกอริทึมมีเวลาทำงานแบบเลขชี้กำลังO(2 n )
อัลกอริทึมนี้ใช้พื้นที่เท่าไหร่? ในแต่ละครั้งที่เรียกใช้อัลกอริทึม จะต้องเก็บผลลัพธ์ชั่วคราวของการคำนวณ A และ B ไว้ การเรียกซ้ำแต่ละครั้งจะลดจำนวนตัวบ่งปริมาณลงหนึ่งตัว ดังนั้นความลึกของการเรียกซ้ำทั้งหมดจึงเป็นเชิงเส้นตามจำนวนตัวบ่งปริมาณ สูตรที่ไม่มีตัวบ่งปริมาณสามารถประเมินได้ในพื้นที่ที่เป็นลอการิทึมตามจำนวนตัวแปร QBF เริ่มต้นนั้นมีตัวบ่งปริมาณครบถ้วน ดังนั้นจึงมีตัวบ่งปริมาณอย่างน้อยเท่ากับจำนวนตัวแปร ด้วยเหตุนี้ อัลกอริทึมนี้จึงใช้ พื้นที่ O ( n + log n ) = O ( n ) ทำให้ภาษา TQBF เป็นส่วนหนึ่งของคลาสความซับซ้อนPSPACE
ล้ำสมัย
แม้ว่า QBF จะสมบูรณ์แบบ PSPACE แต่ก็มีการพัฒนาตัวแก้ปัญหาหลายตัวเพื่อแก้ปัญหากรณีเหล่านี้ (ซึ่งคล้ายคลึงกับสถานการณ์ของSATซึ่งเป็นเวอร์ชันตัวบ่งปริมาณเชิงมีอยู่ตัวเดียว แม้ว่าจะสมบูรณ์แบบ NPแต่ก็ยังสามารถแก้ปัญหา SAT หลายกรณีได้ด้วยวิธีฮิวริสติก) [ 5 ] [ 6 ]กรณีที่มีตัวบ่งปริมาณเพียง 2 ตัว ซึ่งเรียกว่า 2QBF ได้รับความสนใจเป็นพิเศษ[ 7 ]
การแข่งขันแก้ปัญหา QBF ชื่อ QBFEVAL ได้จัดขึ้นเป็นประจำทุกปีตั้งแต่ปี 2004 [ 5 ] [ 6 ]จำเป็นต้องอ่านอินสแตนซ์ในรูปแบบ QDIMACS และรูปแบบ QCIR หรือ QAIGER [ 8 ]โดยทั่วไปแล้วโปรแกรมแก้ปัญหา QBF ที่มีประสิทธิภาพสูงจะใช้ QDPLL (ซึ่งเป็นการขยายความของDPLL ) หรือ CEGAR [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]การวิจัยเกี่ยวกับการแก้ปัญหา QBF เริ่มต้นด้วยการพัฒนา backtracking DPLL สำหรับ QBF ในปี 1998 ตามด้วยการแนะนำการเรียนรู้ข้อความและการกำจัดตัวแปรในปี 2002 [ 9 ]ดังนั้น เมื่อเปรียบเทียบกับการแก้ปัญหา SAT ซึ่งได้รับการพัฒนามาตั้งแต่ทศวรรษ 1960 แล้ว QBF จึงเป็นสาขาการวิจัยที่ค่อนข้างใหม่ ณ ปี 2017 [ 9 ]
โปรแกรมแก้ปัญหา QBF ที่มีชื่อเสียงบางส่วน ได้แก่:
- CADET ซึ่งแก้สูตรบูลีนเชิงปริมาณที่จำกัดไว้เฉพาะการสลับตัวบ่งปริมาณหนึ่ง (ด้วยความสามารถในการคำนวณฟังก์ชัน Skolem ) โดยอาศัยการกำหนดแบบเพิ่มขึ้นทีละน้อยและมีความสามารถในการพิสูจน์คำตอบ[ 10 ]
- CAQE - ตัวแก้ปัญหาตาม CEGAR สำหรับสูตรบูลีนเชิงปริมาณ ผู้ชนะการประกวด QBFEVAL ครั้งล่าสุดในปี 2021 [ 11 ]
- DepQBF - ตัวแก้ปัญหาตามการค้นหาสำหรับสูตรบูลีนเชิงปริมาณ[ 12 ]
- sKizzo - ตัวแก้ปัญหาตัวแรกที่ใช้ skolemization เชิงสัญลักษณ์ สกัดใบรับรองความพึงพอใจ ใช้กลไกการอนุมาน แบบไฮบ ริด ดำเนินการแยกสาขาแบบนามธรรม จัดการกับตัวบ่งปริมาณที่จำกัด และแจงนับการกำหนดค่าที่ถูกต้อง และเป็นผู้ชนะ QBFEVAL ในปี 2005, 2006 และ 2007 [ 13 ]
แอปพลิเคชัน
ตัวแก้ปัญหา QBF สามารถนำไปใช้กับการวางแผน (ในปัญญาประดิษฐ์) รวมถึงการวางแผนที่ปลอดภัย ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานหุ่นยนต์[ 14 ]ตัวแก้ปัญหา QBF ยังสามารถนำไปใช้กับการตรวจสอบแบบจำลองแบบจำกัดได้เนื่องจากมีการเข้ารหัสที่สั้นกว่าที่จำเป็นสำหรับตัวแก้ปัญหาแบบ SAT [ 14 ]
การประเมิน QBF สามารถมองได้ว่าเป็นเกมสองผู้เล่นระหว่างผู้เล่นที่ควบคุมตัวแปรเชิงปริมาณที่มีอยู่จริงและผู้เล่นที่ควบคุมตัวแปรเชิงปริมาณสากล ซึ่งทำให้ QBF เหมาะสำหรับการเข้ารหัสปัญหาการสังเคราะห์แบบตอบสนอง[ 14 ]ในทำนองเดียวกัน ตัวแก้ปัญหา QBF สามารถใช้เพื่อสร้างแบบจำลองเกมแบบต่อสู้ในทฤษฎีเกมได้ ตัวอย่างเช่น ตัวแก้ปัญหา QBF สามารถใช้เพื่อค้นหากลยุทธ์การชนะสำหรับเกมภูมิศาสตร์ซึ่งสามารถเล่นแบบโต้ตอบได้โดยอัตโนมัติ[ 15 ]
ตัวแก้ปัญหา QBF สามารถใช้สำหรับการตรวจสอบความเท่าเทียมกันอย่างเป็นทางการและยังสามารถใช้สำหรับการสังเคราะห์ฟังก์ชันบูลีนได้อีกด้วย[ 14 ]
ปัญหาประเภทอื่นๆ ที่สามารถเข้ารหัสเป็น QBF ได้ ได้แก่:
- การตรวจจับว่าอนุประโยคในสูตรที่ไม่สามารถทำให้พอใจได้ในรูปแบบปกติแบบเชื่อมโยงเป็นส่วนหนึ่งของเซตย่อยที่ไม่สามารถทำให้พอใจได้ขั้นต่ำหรือไม่[ 9 ] [ 16 ]และอนุประโยคในสูตรที่ทำให้พอใจได้เป็นส่วนหนึ่งของเซตย่อยที่สามารถทำให้พอใจได้สูงสุดหรือไม่[ 16 ]
- การเข้ารหัสของการวางแผนที่สอดคล้องกัน[ 9 ]
- ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับ ASP [ 9 ]
- การโต้แย้งเชิงนามธรรม[ 9 ]
- การตรวจสอบแบบจำลองตรรกะเชิงเวลาเชิงเส้น[ 9 ]
- การรวมภาษาออโตมาตอนจำกัดแบบไม่กำหนด[ 9 ]
- การสังเคราะห์และความน่าเชื่อถือของระบบกระจาย[ 9 ]
ส่วนขยาย
ปัญหาความพึงพอใจเชิงสุ่ม (หรือที่รู้จักกันในชื่อ SSAT) เป็นส่วนขยายของ TQBF ที่เพิ่มตัวระบุปริมาณ R แบบสุ่ม มองการหาปริมาณแบบสากลเป็นการลดค่าให้น้อยที่สุด และการหาปริมาณแบบมีอยู่จริงเป็นการเพิ่มค่าให้มากที่สุด และถามว่าความน่าจะเป็นที่แสดงโดยสูตรนั้นเกินเกณฑ์ที่กำหนดหรือไม่[ 17 ]
QBF สามารถขยายให้มีตัวบ่งปริมาณ Henkinได้ เช่นกัน [ 8 ]
ความสมบูรณ์ของ PSPACE
ภาษา TQBF ทำหน้าที่เป็น ปัญหาที่สมบูรณ์แบบ ในระดับPSPACE ใน ทฤษฎีความ ซับซ้อน การเป็น PSPACE-complete หมายความว่าภาษานั้นอยู่ใน PSPACE และเป็นภาษาที่ยากในระดับ PSPACEด้วย อัลกอริทึมข้างต้นแสดงให้เห็นว่า TQBF อยู่ใน PSPACE การแสดงให้เห็นว่า TQBF ยากในระดับ PSPACE นั้นจำเป็นต้องแสดงให้เห็นว่าภาษาใดๆ ในกลุ่มความซับซ้อน PSPACE สามารถลดรูปเป็น TQBF ได้ในเวลาพหุนาม กล่าวคือ
นั่นหมายความว่า สำหรับภาษา PSPACE L นั้น การจะตัดสินว่าอินพุตxอยู่ใน L หรือไม่ สามารถทำได้โดยการตรวจสอบว่าอยู่ใน TQBF สำหรับฟังก์ชันf บางฟังก์ชัน ที่จำเป็นต้องทำงานในเวลาพหุนาม (เมื่อเทียบกับความยาวของข้อมูลป้อนเข้า) ในเชิงสัญลักษณ์
การพิสูจน์ว่า TQBF เป็น ปัญหาPSPACE-hard จำเป็นต้องระบุคุณสมบัติของf
ดังนั้น สมมติว่า L เป็นภาษา PSPACE ซึ่งหมายความว่า L สามารถตัดสินได้ด้วยเครื่องจักรทัวริงเชิง กำหนด (DTM) ที่ใช้ปริภูมิพหุนาม นี่เป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการลดรูป L ไปเป็น TQBF เพราะการกำหนดค่าของเครื่องจักรทัวริงดังกล่าวสามารถแสดงได้ในรูปสูตรบูลีน โดยมีตัวแปรบูลีนแทนสถานะของเครื่องจักร รวมถึงเนื้อหาของแต่ละเซลล์บนเทปของเครื่องจักรทัวริง โดยตำแหน่งของหัวเครื่องจักรทัวริงจะถูกเข้ารหัสในสูตรด้วยลำดับของสูตร โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การลดรูปของเราจะใช้ตัวแปรและซึ่งแสดงถึงการกำหนดค่าที่เป็นไปได้สองแบบของ DTM สำหรับ L และจำนวนธรรมชาติ t ในการสร้าง QBFซึ่งจะเป็นจริงก็ต่อเมื่อ DTM สำหรับ L สามารถเปลี่ยนจากโครงสร้างที่เข้ารหัสไว้ได้เท่านั้นไปยังการกำหนดค่าที่เข้ารหัสไว้ในโดยไม่เกิน t ขั้นตอน จากนั้นฟังก์ชันfจะสร้าง QBF จาก DTM สำหรับ L, ที่ไหนคือการกำหนดค่าเริ่มต้นของ DTMคือค่าที่ DTM ยอมรับได้ และ T คือจำนวนขั้นตอนสูงสุดที่ DTM อาจต้องการเพื่อเคลื่อนจากค่าหนึ่งไปยังอีกค่าหนึ่ง เรารู้ว่าT = O (exp( n k ))สำหรับk บางค่า โดยที่nคือความยาวของข้อมูลป้อนเข้า เนื่องจากค่านี้เป็นขอบเขตของจำนวนค่าที่เป็นไปได้ทั้งหมดของ DTM ที่เกี่ยวข้อง แน่นอนว่า DTM ไม่สามารถใช้ขั้นตอนมากกว่าจำนวนค่าที่เป็นไปได้ที่จะไปถึงได้เว้นแต่ว่ามันจะเข้าสู่ลูป ซึ่งในกรณีนั้นมันจะไม่มีวันไปถึงจุดหมายถึงอย่างไร.
ในขั้นตอนนี้ของการพิสูจน์ เราได้ลดคำถามเกี่ยวกับสูตรอินพุตw (ซึ่งเข้ารหัสไว้ใน...) ลงแล้ว) อยู่ใน L สำหรับคำถามที่ว่า QBF หรือไม่, เช่น,อยู่ใน TQBF ส่วนที่เหลือของการพิสูจน์นี้แสดงให้เห็นว่าfสามารถคำนวณได้ในเวลาพหุนาม
สำหรับการคำนวณของเรื่องนี้ตรงไปตรงมา กล่าวคือ การกำหนดค่าแบบหนึ่งจะเปลี่ยนไปเป็นอีกแบบหนึ่งในขั้นตอนเดียว หรือไม่เปลี่ยนเลย เนื่องจากเครื่องจักรทัวริงที่สูตรของเราแสดงถึงนั้นเป็นแบบกำหนดได้ ดังนั้นจึงไม่มีปัญหาใดๆ เกิดขึ้น
สำหรับการคำนวณของเกี่ยวข้องกับการประเมินแบบเรียกซ้ำ โดยมองหาสิ่งที่เรียกว่า "จุดกึ่งกลาง"ในกรณีนี้ เราจะเขียนสูตรใหม่ดังนี้:
สิ่งนี้เปลี่ยนคำถามที่ว่าสามารถเข้าถึงได้ในขั้นตอนต่างๆ เพื่อตอบคำถามว่าถึงจุดกึ่งกลางในขั้นตอนต่างๆ ซึ่งตัวมันเองไปถึงในขั้นตอนต่างๆ คำตอบของคำถามหลังย่อมให้คำตอบของคำถามแรกด้วยเช่นกัน
ตอนนี้ t ถูกจำกัดด้วย T เท่านั้น ซึ่งเป็นฟังก์ชันเลขชี้กำลัง (ไม่ใช่ฟังก์ชันพหุนาม) ตามความยาวของอินพุต นอกจากนี้ แต่ละชั้นของการเรียกซ้ำจะทำให้ความยาวของสูตรเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า (ตัวแปร(เป็นเพียงจุดกึ่งกลางจุดเดียวเท่านั้น สำหรับค่า t ที่มากขึ้น จะมีจุดแวะพักระหว่างทางมากขึ้นว่างั้นเถอะ) ดังนั้นเวลาที่ใช้ในการประเมินแบบเรียกซ้ำจึง...ด้วยวิธีนี้ ค่าที่ได้อาจเป็นแบบทวีคูณได้เช่นกัน เพียงเพราะสูตรอาจมีขนาดใหญ่ขึ้นอย่างมาก ปัญหานี้แก้ไขได้โดยการหาปริมาณแบบสากลโดยใช้ตัวแปรและเหนือคู่การกำหนดค่า (เช่น) ซึ่งป้องกันไม่ให้ความยาวของสูตรขยายตัวเนื่องจากชั้นการเรียกซ้ำ ส่งผลให้ได้การตีความดังต่อไปนี้:
สูตรเวอร์ชันนี้สามารถคำนวณได้ในเวลาพหุนาม เนื่องจากแต่ละอินสแตนซ์ของสูตรนี้สามารถคำนวณได้ในเวลาพหุนาม คู่ลำดับที่มีปริมาณสากลบอกเราเพียงว่าไม่ว่าตัวเลือกใดของถูกสร้างขึ้น.
ดังนั้น,ดังนั้น TQBF จึงเป็นภาษาที่ยากในระดับ PSPACE เมื่อรวมกับผลลัพธ์ข้างต้นที่ว่า TQBF อยู่ใน PSPACE แล้ว จึงเป็นการพิสูจน์เสร็จสมบูรณ์ว่า TQBF เป็นภาษาที่สมบูรณ์แบบในระดับ PSPACE
(การพิสูจน์นี้เป็นไปตาม Sipser 2006 หน้า 310–313 ในส่วนสำคัญทั้งหมด Papadimitriou 1994 ก็มีบทพิสูจน์เช่นกัน)
โครงสร้างนี้สามารถดำเนินการใน logspace ได้ ซึ่งหมายความว่า TQBF สมบูรณ์แบบ PSPACE ในแง่ของ การลดแบบหลายต่อหนึ่ง ของlogspace [ 18 ]
เบ็ดเตล็ด
- ปัญหาสำคัญอย่างหนึ่งใน TQBF คือปัญหาความสามารถในการทำให้เป็นจริงของสูตรบูลีนในปัญหานี้ คุณต้องการทราบว่าสูตรบูลีนที่กำหนดให้นั้น เป็นจริงหรือไม่สามารถทำให้เป็นจริงได้ด้วยการกำหนดค่าตัวแปรบางอย่าง ซึ่งเทียบเท่ากับ TQBF ที่ใช้เฉพาะตัวบ่งปริมาณเชิงการมีอยู่เท่านั้น:นี่เป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของผลลัพธ์ที่ใหญ่กว่า NP ⊆ PSPACE ซึ่งได้มาโดยตรงจากการสังเกตว่า ตัวตรวจสอบความถูกต้องแบบใช้เวลาพหุนามสำหรับการพิสูจน์ภาษาที่ยอมรับโดย NTM ( เครื่องจักรทัวริงแบบไม่กำหนด ) ต้องใช้พื้นที่พหุนามในการจัดเก็บการพิสูจน์
- คลาสใดๆ ในลำดับชั้นพหุนาม ( PH ) มี TQBF เป็นปัญหาที่ยาก กล่าวอีกนัยหนึ่ง สำหรับคลาสที่ประกอบด้วยภาษาทั้งหมด L ซึ่งมี TM เวลาพหุนาม V และตัวตรวจสอบอยู่ โดยที่สำหรับอินพุต x ทั้งหมดและค่าคงที่ i บางค่าซึ่งมีสูตร QBF เฉพาะที่กำหนดไว้ดังนี้ โดยที่ที่ซึ่ง's คือเวกเตอร์ของตัวแปรบูลีน
- สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ แม้ว่า TQBF จะถูกนิยามว่าเป็นชุดของสูตรบูลีนเชิงปริมาณที่แท้จริง แต่ตัวย่อ TQBF มักถูกใช้ (แม้แต่ในบทความนี้) เพื่อหมายถึงสูตรบูลีนเชิงปริมาณโดยสมบูรณ์ ซึ่งมักเรียกสั้นๆ ว่า QBF (สูตรบูลีนเชิงปริมาณ ซึ่งเข้าใจว่าหมายถึง "เชิงปริมาณโดยสมบูรณ์" หรือ "โดยทั้งหมด") จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องแยกแยะความแตกต่างระหว่างการใช้ตัวย่อ TQBF ทั้งสองแบบในบริบทต่างๆ เมื่ออ่านเอกสารทางวิชาการ
- TQBF สามารถมองได้ว่าเป็นเกมที่เล่นระหว่างผู้เล่นสองคน โดยมีการสลับกันเดินหมาก ตัวแปรที่มีปริมาณเชิงการดำรงอยู่เทียบเท่ากับแนวคิดที่ว่าผู้เล่นสามารถเลือกเดินหมากได้ในแต่ละตา ตัวแปรที่มีปริมาณเชิงสากลหมายความว่าผลลัพธ์ของเกมไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเดินหมากของผู้เล่นในตานั้น นอกจากนี้ TQBF ที่มีตัวบ่งปริมาณตัวแรกเป็นเชิงการดำรงอยู่จะสอดคล้องกับเกมสูตรที่ผู้เล่นคนแรกมีกลยุทธ์ที่ชนะ
- TQBF สำหรับสูตรที่มีปริมาณอยู่ใน2-CNFสามารถแก้ไขได้ในเวลาเชิงเส้นโดยใช้อัลกอริทึมที่เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์การเชื่อมต่อที่แข็งแกร่งของกราฟการบ่งชี้ ปัญหา ความพึงพอใจ 2เป็นกรณีพิเศษของ TQBF สำหรับสูตรเหล่านี้ ซึ่งตัวบ่งปริมาณทุกตัวมีอยู่จริง[ 19 ] [ 20 ]
- มีการจัดการอย่างเป็นระบบของสูตรบูลีนเชิงปริมาณเวอร์ชันที่จำกัด (ซึ่งให้การจำแนกประเภทแบบ Schaefer) ที่นำเสนอในเอกสารอธิบายโดย Hubie Chen [ 21 ]
- Planar TQBF ซึ่งเป็นการขยายPlanar SATได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสมบูรณ์ PSPACE โดย D. Lichtenstein [ 22 ]
หมายเหตุและเอกสารอ้างอิง
- ↑ M. Garey & D. Johnson (1979). Computers and Intractability: A Guide to the Theory of NP-Completeness . WH Freeman, San Francisco, California. ISBN 0-7167-1045-5.
- ↑ A. Chandra, D. Kozen และL. Stockmeyer (1981). "การสลับ" . วารสารของ ACM . 28 (1): 114– 133. doi : 10.1145/322234.322243 . S2CID 238863413 .
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list ( link ) - ↑ Adi Shamir (1992). "Ip = Pspace" . Journal of the ACM . 39 (4): 869– 877. doi : 10.1145/146585.146609 . S2CID 315182 .
- ↑ Arora, Sanjeev; Barak, Boaz (2009), "ความซับซ้อนของพื้นที่" , ความซับซ้อนในการคำนวณ , เคมบริดจ์: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, หน้า78–94 , doi : 10.1017/cbo9780511804090.007 , ISBN 978-0-511-80409-0S2CID 262800930 เรียกดูเมื่อ2021-05-26
{{citation}}: CS1 maint: พารามิเตอร์การทำงานพร้อม ISBN ( ลิงก์ ) - 1 2 3 "หน้าหลัก QBFEVAL" . www.qbflib.org . สืบค้นเมื่อ2021-02-13 .
- 1 2 3 "QBF Solvers | Beyond NP" . beyondnp.org . สืบค้นเมื่อ2021-02-13 .
- 1 2 Balabanov, Valeriy; Roland Jiang, Jie-Hong; Scholl, Christoph; Mishchenko, Alan; K. Brayton, Robert (2016). "2QBF: ความท้าทายและแนวทางแก้ไข" (PDF) . การประชุมวิชาการนานาชาติว่าด้วยทฤษฎีและการประยุกต์ใช้การทดสอบความพึงพอใจ : 453–459 . เก็บถาวร(PDF)จากต้นฉบับเมื่อวันที่ 13 กุมภาพันธ์ 2021 –ผ่าน SpringerLink
- 1 2 "QBFEVAL'20" . www.qbflib.org . สืบค้นเมื่อ2021-05-29 .
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Lonsing, Florian (ธันวาคม 2017). "บทนำสู่การแก้ปัญหา QBF" (PDF) . www.florianlonsing.com . สืบค้นเมื่อ29 พฤษภาคม 2021 .
- ↑ Rabe, Markus N. (2021-04-15), MarkusRabe/cadet , ดึงข้อมูลเมื่อ 2021-05-06
- ↑ Tentrup, Leander (2021-05-06), ltentrup/caqe , ดึงข้อมูลเมื่อ 2021-05-06
- ↑ "DepQBF Solver" . lonsing.github.io . สืบค้นเมื่อ2021-05-06 .
- ↑ "sKizzo - โปรแกรมแก้ปัญหา QBF" . www.skizzo.site . สืบค้นเมื่อ2021-05-06 .
- 1 2 3 4 Shukla, Ankit; Biere, Armin; Seidl, Martina; Pulina, Luca (2019). การสำรวจเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้สูตรบูลีนเชิงปริมาณ (PDF) . การประชุมวิชาการนานาชาติ IEEE ครั้งที่ 31 ว่าด้วยเครื่องมือสำหรับปัญญาประดิษฐ์ ประจำปี 2019 หน้า78–84 . doi : 10.1109/ICTAI.2019.00020 . สืบค้นเมื่อ29 พฤษภาคม 2021 .
- ↑ Shen, Zhihe. การใช้โปรแกรมแก้ปัญหา QBF เพื่อแก้เกมและปริศนา (PDF) (วิทยานิพนธ์). Boston College.
- 1 2 Janota, Mikoláš; Marques-Silva, Joao (2011). การตัดสินใจเกี่ยวกับการเป็นสมาชิก MUS ด้วย QBFหลักการและการปฏิบัติของการเขียนโปรแกรมข้อจำกัด – CP 2011 เล่มที่6876 หน้า414–428 doi : 10.1007/978-3-642-23786-7_32 ISBN 978-3-642-23786-7.
- ↑ Christor Papadimitriou. Games Against Nature, Journal for Computer and system Sciences 31, หน้า 288-301, 1985.
- ↑ "CS 221: ความซับซ้อนของการคำนวณ" (PDF) . เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อ 2010-07-20
- ↑กรม, เมลเวน อาร์. (1967). "ปัญหาการตัดสินใจสำหรับคลาสของสูตรลำดับที่หนึ่งซึ่งการแยกทางทั้งหมดเป็นไบนารี" Zeitschrift für Mathematische Logik และ Grundlagen der Mathematik 13 ( 1– 2): 15– 20. ดอย : 10.1002/malq.19670130104 ..
- ↑ Aspvall, Bengt; Plass, Michael F.; Tarjan, Robert E. (1979). "อัลกอริทึมเวลาเชิงเส้นสำหรับการทดสอบความจริงของสูตรบูลีนเชิงปริมาณบางอย่าง" (PDF)จดหมายการประมวลผลข้อมูล 8 ( 3): 121– 123. doi : 10.1016/0020-0190(79)90002-4 ..
- ↑ Chen, Hubie (ธันวาคม 2009). "การนัดพบของตรรกะ ความซับซ้อน และพีชคณิต". ACM Computing Surveys . 42 (1). ACM: 1– 32. arXiv : cs/0611018 . doi : 10.1145/1592451.1592453 . S2CID 11975818 .
- ↑ Lichtenstein, David (1982-05-01). "สูตรระนาบและการใช้งาน" . SIAM Journal on Computing . 11 (2): 329– 343. doi : 10.1137/0211025 . ISSN 0097-5397 . S2CID 207051487 .
- Fortnow & Homer (2003) ให้ข้อมูลพื้นฐานทางประวัติศาสตร์บางส่วนเกี่ยวกับ PSPACE และ TQBF
- Zhang (2003) ให้ข้อมูลพื้นฐานทางประวัติศาสตร์เกี่ยวกับสูตรบูลีน
- Arora, Sanjeev. (2001). COS 522: ความซับซ้อนของการคำนวณ . เอกสารประกอบการบรรยาย, มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน. สืบค้นเมื่อ 10 ตุลาคม 2548.
- Fortnow, Lance & Steve Homer. (2003, มิถุนายน). ประวัติย่อของความซับซ้อนในการคำนวณ . วารสารของสมาคมวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎีแห่งยุโรป , คอลัมน์ความซับซ้อนในการคำนวณ, 80. สืบค้นเมื่อ 14 พฤษภาคม 2024.
- Papadimitriou, CH (1994). ความซับซ้อนในการคำนวณ. Reading: Addison-Wesley.
- Sipser, Michael. (2006). บทนำสู่ทฤษฎีการคำนวณ. บอสตัน: Thomson Course Technology.
- Zhang, Lintao. (2003). การค้นหาความจริง: เทคนิคสำหรับความสามารถในการทำให้สูตรบูลีนเป็นจริง . สืบค้นเมื่อ 10 ตุลาคม 2548.
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- คลังสูตรบูลีนเชิงปริมาณ(QBFLIB)
- การประชุมเชิงปฏิบัติการระดับนานาชาติว่าด้วยสูตรบูลีนเชิงปริมาณ