A Boolean network (BN) is a discrete dynamical system defined by a Boolean function that maps to the domain itself. A trap space of a BN is a generalization of a fixed point, which is defined as the sub-hypercubes closed by the function of the BN. A trap space is minimal if it does not contain any smaller trap space. Minimal trap spaces have applications for the analysis of attractors of BNs with various update modes. This paper establishes the computational complexity results of three decision problems related to minimal trap spaces: the decision of the trap space property of a sub-hypercube, the decision of its minimality, and the decision of the membership of a given configuration to a minimal trap space. Under several cases on Boolean function representations, we investigate the computational complexity of each problem. In the general case, we demonstrate that the trap space property is coNP-complete, and the minimality and the membership properties are $\Pi_2^{\text P}$-complete. The complexities drop by one level in the polynomial hierarchy whenever the local functions of the BN are either unate, or are represented using truth-tables, binary decision diagrams, or double DNFs (Petri net encoding): the trap space property can be decided in a polynomial time, whereas deciding the minimality and the membership are coNP- complete. When the BN is given as its functional graph, all these problems are in P.


翻译:布尔网络(BN)是由映射到自身域上的布尔函数定义的离散动态系统。BN的陷阱空间是不动点的一种推广,定义为在BN函数作用下封闭的子超立方体。若陷阱空间不包含任何更小的陷阱空间,则称之为最小陷阱空间。最小陷阱空间在分析具有不同更新模式的BN吸引子中具有应用。本文建立了与最小陷阱空间相关的三个判定问题的计算复杂度结果:子超立方体的陷阱空间性质判定、其最小性判定,以及给定配置是否属于最小陷阱空间的隶属度判定。针对布尔函数表示的多种情形,我们研究了每个问题的计算复杂度。一般情况下,我们证明陷阱空间性质是coNP完全的,而最小性和隶属度性质是$\Pi_2^{\text P}$完全的。当BN的局部函数是单值函数,或使用真值表、二元决策图或双重DNF(Petri网编码)表示时,复杂度在多项式层级中降低一级:陷阱空间性质可在多项式时间内判定,而最小性和隶属度判定是coNP完全的。当BN以功能图形式给出时,所有问题均属于P类。

0
下载
关闭预览

相关内容

CC在计算复杂性方面表现突出。它的学科处于数学与计算机理论科学的交叉点,具有清晰的数学轮廓和严格的数学格式。官网链接:https://link.springer.com/journal/37
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
45+阅读 · 2020年12月18日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
127+阅读 · 2020年11月20日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月4日
Arxiv
66+阅读 · 2021年6月18日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
5+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员