Depth-3 circuit lower bounds and $k$-SAT algorithms are intimately related; the state-of-the-art $\Sigma^k_3$-circuit lower bound and the $k$-SAT algorithm are based on the same combinatorial theorem. In this paper we define a problem which reveals new interactions between the two. Define Enum($k$, $t$) problem as: given an $n$-variable $k$-CNF and an initial assignment $\alpha$, output all satisfying assignments at Hamming distance $t$ from $\alpha$, assuming that there are no satisfying assignments of Hamming distance less than $t$ from $\alpha$. Observe that: an upper bound $b(n, k, t)$ on the complexity of Enum($k$, $t$) implies: - Depth-3 circuits: Any $\Sigma^k_3$ circuit computing the Majority function has size at least $\binom{n}{\frac{n}{2}}/b(n, k, \frac{n}{2})$. - $k$-SAT: There exists an algorithm solving $k$-SAT in time $O(\sum_{t = 1}^{n/2}b(n, k, t))$. A simple construction shows that $b(n, k, \frac{n}{2}) \ge 2^{(1 - O(\log(k)/k))n}$. Thus, matching upper bounds would imply a $\Sigma^k_3$-circuit lower bound of $2^{\Omega(\log(k)n/k)}$ and a $k$-SAT upper bound of $2^{(1 - \Omega(\log(k)/k))n}$. The former yields an unrestricted depth-3 lower bound of $2^{\omega(\sqrt{n})}$ solving a long standing open problem, and the latter breaks the Super Strong Exponential Time Hypothesis. In this paper, we propose a randomized algorithm for Enum($k$, $t$) and introduce new ideas to analyze it. We demonstrate the power of our ideas by considering the first non-trivial instance of the problem, i.e., Enum($3$, $\frac{n}{2}$). We show that the expected running time of our algorithm is $1.598^n$, substantially improving on the trivial bound of $3^{n/2} \simeq 1.732^n$. This already improves $\Sigma^3_3$ lower bounds for Majority function to $1.251^n$. The previous bound was $1.154^n$ which follows from the work of H{\aa}stad, Jukna, and Pudl\'ak (Comput. Complex.'95).


翻译:深度-3电路下界与$k$-SAT算法具有深刻的内在关联;目前最先进的$\Sigma^k_3$电路下界与$k$-SAT算法均基于相同的组合定理。本文定义了一个能揭示两者间新交互关系的问题。定义枚举问题Enum($k$, $t$)为:给定一个包含$n$个变量的$k$-CNF公式及初始赋值$\alpha$,输出所有与$\alpha$汉明距离为$t$的可满足赋值,且假设不存在与$\alpha$汉明距离小于$t$的可满足赋值。观察发现:若$b(n, k, t)$表示Enum($k$, $t$)的复杂度上界,则可推得:- 深度-3电路:任何计算多数函数的$\Sigma^k_3$电路规模至少为$\binom{n}{\frac{n}{2}}/b(n, k, \frac{n}{2})$。- $k$-SAT:存在时间复杂度为$O(\sum_{t = 1}^{n/2}b(n, k, t))$的$k$-SAT求解算法。通过简单构造可证明$b(n, k, \frac{n}{2}) \ge 2^{(1 - O(\log(k)/k))n}$。因此,匹配的上界将意味着$\Sigma^k_3$电路下界达到$2^{\Omega(\log(k)n/k)}$,且$k$-SAT上界达到$2^{(1 - \Omega(\log(k)/k))n}$。前者将产生$2^{\omega(\sqrt{n})}$的无限制深度-3电路下界,从而解决长期悬而未决的开放问题;后者将打破超强指数时间假说。本文针对Enum($k$, $t$)提出随机算法并引入新思路进行分析。通过研究该问题的首个非平凡实例Enum($3$, $\frac{n}{2}$),我们展示了新方法的有效性。证明该算法的期望运行时间为$1.598^n$,较平凡上界$3^{n/2} \simeq 1.732^n$有显著提升。该结果已将多数函数的$\Sigma^3_3$电路下界改进至$1.251^n$。此前由H{\aa}stad、Jukna与Pudl\'ak(Comput. Complex.'95)的工作推导的下界为$1.154^n$。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年7月2日
Arxiv
0+阅读 · 2024年6月29日
Arxiv
0+阅读 · 2024年6月28日
Arxiv
0+阅读 · 2024年6月28日
VIP会员
最新内容
2025年大语言模型进展报告
专知会员服务
9+阅读 · 4月25日
多智能体协作机制
专知会员服务
8+阅读 · 4月25日
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
9+阅读 · 4月25日
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
8+阅读 · 4月25日
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
12+阅读 · 4月25日
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
16+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
13+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
6+阅读 · 4月24日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员