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定义Definition

自适应与非自适应性质测试

施工中 · 内容逐步修订

Adaptive property testing · Nonadaptive property testing

按后续查询地址能否依赖此前 oracle 回答,区分自适应测试、非自适应测试与分批轮次。

形式陈述 ​

固定随机币后的判据 ​

性质测试器在输入对象 x 上使用随机带 R。固定 R=r 后,若全部查询地址

q1(r),…,qt(r)

在看到任何 oracle 回答前就已确定,则 tester 是非自适应的。它可以一次提交全部查询,最后根据回答向量决定接受或拒绝。

自适应模型允许第 j 个查询依赖此前答案,写作

qj=ϕj(r,a1,…,aj−1),

其中 ai 是先前 oracle 回答。固定随机性后,它对应一棵决策树:内部结点是查询,答案选择后继,叶标记测试结果。

分类必须在固定随机币后检查。随机选择一批查询仍可非自适应,因为地址只依赖 r;“算法有随机过程”不表示查询依赖答案。

直觉

固定随机币后,非自适应测试器面对所有可能答案仍走同一组查询地址;自适应测试器则让答案选择查询树的下一条分支。区别在“新地址是否由已见答案生成”,不在代码是否写成循环、查询是否串行发送,或发现 witness 后是否提前停止。

例子与边界

非自适应的常量串 tester ​

取 n≥1、0<ε≤1/2,要测试 x∈{0,1}n 是否为常量串,可以预先独立均匀抽取 q 对坐标 (Ij,Jj),一次查询所有涉及位置,并在任一对回答不同的时候拒绝。

固定随机带后,全部索引对已经确定,oracle 回答不会改变后续查询集合,所以这是非自适应 tester。若 x 中较少出现的 bit 比例为 α,一对坐标取值不同的概率为 2α(1−α);当 x 距常量性质至少 ε≤1/2 时,α≥ε,故该概率至少 ε。

独立重复 q≥⌈ln⁡3/ε⌉ 对后,全部漏检概率至多 (1−ε)q≤1/3。性质成员从不会出现不等对,因而测试还具有 perfect completeness。这里 q 数的是坐标对,原始查询预算至多为 2q;重复坐标可缓存,也可在预算超过 n 时直接读完整串。

真正自适应的邻接探索 ​

在 bounded-degree 图 oracle 中,查询 (v,j) 返回顶点 v 的第 j 个邻居 u。若返回的 u 不是空标记,tester 接着查询 (u,1),第二个地址中的顶点名来自第一次回答,固定随机币后仍无法预先知道,因此这是一条真实自适应轨迹。

例如从随机顶点 v 出发探索半径两层的局部邻域:先读取 v 的邻居列表,再对实际发现的每个 u 读取其邻居。查询树的不同分支会访问不同顶点集合;把所有可能顶点的邻居都预查一遍可以消除适应性,却可能把查询量从局部规模膨胀到 n。

这个执行图像本身不证明某项图性质可测试。完整 tester 还需指定拒绝 witness,并证明每个 far 图以足够概率让探索遇到它;适应性只描述访问策略,不提供 soundness。

推论与应用

轮适应性 ​

查询还可分成 r 个 batch。同一 batch 内地址同时确定,下一 batch 可依赖此前批次的全部回答。r=1 是非自适应,无限制 r 回到完全自适应;round complexity 记录二者之间的层级。

每一批中的已知地址都可并行访问。若第二批的地址要等第一批结果才能确定,算法就有两轮;批内实际采用串行还是并行发送,不改变这一轮次。

提前停止与查询预算 ​

一个预先选定 q 个坐标的 tester 看到第一个 witness 后立即停止,表面上后续查询数依赖回答。若将未执行位置视为已经预定、只是在拒绝后省略无用访问,它的最坏查询集合仍可非自适应实现;这种 early stopping 不等于利用答案选择新的地址。

提前停止可以降低实际查询数,因此会影响期望查询成本;最坏查询上限仍按预定的 q 个位置计。比较两种测试器时,要区分省略已经无用的查询与根据答案选择新地址。

错误与距离是独立坐标 ​

自适应 tester 可以单侧或双侧错误,非自适应 tester 也一样。答案依赖性不决定完备性是否为 1;错误侧别必须单独声明。

距离与 oracle 表示同样独立。一个在 dense adjacency matrix 中非自适应采样边对的算法,换到 bounded-degree neighbor oracle 后不一定仍能提出相同查询;比较适应性前要先固定可访问对象。

适应性可能降低查询数,也可能没有帮助。证明 separation 需要同一性质、同一距离、同一错误和同一 oracle 下的两套上/下界;只展示一个自适应算法不能证明任何非自适应算法都更差。

参考资料
  • Oded Goldreich, Introduction to Property Testing, Cambridge University Press, 2017, Chapters 2 and 10.
  • Eric Blais, Joshua Brody, and Kevin Matulef, “Property Testing Lower Bounds via Communication Complexity,” Computational Complexity 21, 2012, pp. 311–358.
  • Clément Canonne and Tom Gur, “An Adaptivity Hierarchy Theorem for Property Testing,” Computational Complexity 27, 2018, pp. 671–716.
关系图谱6 个相邻概念 · 1 类关系

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