In the classical Subset Sum problem we are given a set $X$ and a target $t$, and the task is to decide whether there exists a subset of $X$ which sums to $t$. A recent line of research has resulted in $\tilde{O}(t)$-time algorithms, which are (near-)optimal under popular complexity-theoretic assumptions. On the other hand, the standard dynamic programming algorithm runs in time $O(n \cdot |\mathcal{S}(X,t)|)$, where $\mathcal{S}(X,t)$ is the set of all subset sums of $X$ that are smaller than $t$. Furthermore, all known pseudopolynomial algorithms actually solve a stronger task, since they actually compute the whole set $\mathcal{S}(X,t)$. As the aforementioned two running times are incomparable, in this paper we ask whether one can achieve the best of both worlds: running time $\tilde{O}(|\mathcal{S}(X,t)|)$. In particular, we ask whether $\mathcal{S}(X,t)$ can be computed in near-linear time in the output-size. Using a diverse toolkit containing techniques such as color coding, sparse recovery, and sumset estimates, we make considerable progress towards this question and design an algorithm running in time $\tilde{O}(|\mathcal{S}(X,t)|^{4/3})$. Central to our approach is the study of top-$k$-convolution, a natural problem of independent interest: given sparse polynomials with non-negative coefficients, compute the lowest $k$ non-zero monomials of their product. We design an algorithm running in time $\tilde{O}(k^{4/3})$, by a combination of sparse convolution and sumset estimates considered in Additive Combinatorics. Moreover, we provide evidence that going beyond some of the barriers we have faced requires either an algorithmic breakthrough or possibly new techniques from Additive Combinatorics on how to pass from information on restricted sumsets to information on unrestricted sumsets.


翻译:在经典子集和问题中,给定一个集合$X$与目标值$t$,任务是判断是否存在$X的某个子集其元素之和等于t$。近期一系列研究得到了$\tilde{O}(t)$时间复杂度的算法,该复杂度在主流计算复杂性假设下是(近乎)最优的。另一方面,标准动态规划算法的时间复杂度为$O(n \cdot |\mathcal{S}(X,t)|)$,其中$\mathcal{S}(X,t)$表示$X$中所有小于$t$的子集和集合。值得注意的是,所有已知的伪多项式算法实际上解决了更强的任务——它们完整计算了整个集合$\mathcal{S}(X,t)$。由于上述两类运行时间互不可比,本文提出疑问:是否可以同时实现两者的优势,即达到$\tilde{O}(|\mathcal{S}(X,t)|)$的运行时间?具体而言,我们探究能否以输出规模的近线性时间完成$\mathcal{S}(X,t)$的计算。通过融合色彩编码、稀疏恢复与和集估计等多元技术工具,我们在此问题上取得重要进展,设计出时间复杂度为$\tilde{O}(|\mathcal{S}(X,t)|^{4/3})$的算法。本文方法的核心在于研究top-$k$-卷积问题——这是一个具有独立研究价值的自然问题:给定稀疏非负系数多项式,计算其乘积中非零系数最小的k个单项式。我们通过结合稀疏卷积与加性组合数学中的和集估计技术,提出了运行时间为$\tilde{O}(k^{4/3})$的算法。此外,我们论证了要突破当前面临的技术瓶颈,或需算法层面的重大突破,或需加性组合学开发出从受限和集信息到非受限和集信息转化的全新方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
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
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18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
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
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
【推荐】深度学习目标检测概览
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月1日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26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8月18日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009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6月7日
Arxiv
15+阅读 · 2020年12月17日
VIP会员
最新内容
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
2+阅读 · 6月24日
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
6+阅读 · 6月24日
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
5+阅读 · 6月24日
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
6+阅读 · 6月24日
军事欺骗:供作战战术指挥官使用的工具
专知会员服务
5+阅读 · 6月24日
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
7+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
12+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
5+阅读 · 6月23日
相关VIP内容
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
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18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
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
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
【推荐】深度学习目标检测概览
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月1日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26日
相关基金
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8月18日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009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