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算法密切相关;当前最优的$\Sigma^k_3$电路下界与$k$-SAT算法均基于同一组合定理。本文定义了一个揭示两者新关联的问题。定义Enum($k$, $t$)问题为:给定一个$n$变量$k$-CNF公式和初始赋值$\alpha$,在假设不存在与$\alpha$汉明距离小于$t$的可满足赋值条件下,输出所有与$\alpha$汉明距离为$t$的可满足赋值。值得注意的是:对Enum($k$, $t$)复杂度的上界$b(n, k, t)$可导出:- 深度3电路:任何计算Majority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。简单构造表明$b(n, k, \frac{n}{2}) \ge 2^{(1 - O(\log(k)/k))n}$。因此,匹配上界将导出$\Sigma^k_3$电路下界$2^{\Omega(\log(k)n/k)}$与$k$-SAT上界$2^{(1 - \Omega(\log(k)/k))n}$。前者可解决长期未解的开放问题——获得$2^{\omega(\sqrt{n})}$无限制深度3下界,后者将打破超强指数时间假设。本文提出Enum($k$, $t$)的随机算法,并引入新分析思路。我们通过考虑该问题的首个非平凡实例Enum($3$, $\frac{n}{2}$)来展示方法威力。实验表明算法期望运行时间为$1.598^n$,显著优于平凡界$3^{n/2} \simeq 1.732^n$。这已将Majority函数的$\Sigma^3_3$下界提升至$1.251^n$,而此前由Håstad、Jukna和Pudlák(Comput. Complex.'95)工作得出的最优下界为$1.154^n$。

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4月27日
Arxiv
0+阅读 · 2024年4月25日
Arxiv
0+阅读 · 2024年4月14日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | SARDI:扩散语言模型的自增强检索
专知会员服务
5+阅读 · 6月6日
《国防领域安全采用大语言模型的战略蓝图》
专知会员服务
8+阅读 · 6月6日
ICML 2026 | 演化选择的因果建模
专知会员服务
8+阅读 · 6月5日
综述|学习式3D表征最新进展与趋势
专知会员服务
7+阅读 · 6月5日
人工智能重塑威慑:算法优势的兴起
专知会员服务
8+阅读 · 6月5日
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
17+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
14+阅读 · 6月4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