Skip to content

摊销通信复杂度

Amortized communication complexity · Information equals amortized communication

以乘积分布上多副本单位通信极限定义摊销量,并精确陈述其等于内部信息复杂度。

条目类型
定义

形式陈述

固定函数 f:X×YZ、分布 μ0<ρ<1。令 Dρμ,n(f) 表示乘积分布 μn 下的分布通信复杂度:在所有确定性协议中,最小化最坏通信量,同时要求输出的每个坐标分别满足

Pr[Z^if(Xi,Yi)]ρ(i=1,,n).

这里控制的是每个坐标的边缘错误,不是要求整个输出向量以概率 1ρ 同时正确。把一份 n 坐标协议和一份 m 坐标协议串联可得次可加性 Dρμ,n+m(f)Dρμ,n(f)+Dρμ,m(f),因此下列单位成本极限存在,并等于这些比值的下确界:

ACρμ(f)=limnDρμ,n(f)n.

Braverman–Rao 定理断言

ACρμ(f)=ICμ,ρint(f).

右侧是在 μ 下平均错误至多 ρ 的协议中,对内部信息成本 I(X;TY,R)+I(Y;TX,R) 取下确界。下界方向由信息 direct sum 与 information cost 不超过通信得到;上界方向把近最优信息协议并行运行,再用交互压缩nI+o(n) 的信息模拟成通信。

μ=μX×μY 为乘积分布,协议 transcript 的 rectangle factorization 使 X,Y 在给定 T,R 后仍条件独立,因此该协议的 internal 与 external information cost 相等。相关分布时一般不等,摊销定理使用 internal 版本。

直觉

单份协议可能为协调、终止和罕见 transcript 支付额外 bit;许多独立副本并行时,典型序列编码会共享这些固定成本。不能继续压掉的是双方真正从对话中学到的输入信息,所以单位成本极限恰停在内部信息复杂度。

这不是Direct Sum 与 Direct Product页已有的有限 n 张量接口。张量化只给每份至少一份信息;本页的第二方向还要证明所有低信息 transcript 在多副本极限中确实可被接近信息量地传送。

例子与边界

f(x,y)=xyX,Y 为独立均匀 bit,且只要求 Bob 输出。Alice 发送 X,通信一 bit,内部信息成本

I(X;XY)+I(Y;XX)=1+0=1.

n 份,Alice 发送 Xnn bit。反向,Bob 已知 Yn 后,正确输出 XnYn 就等价于恢复 Xn;零错误 transcript 至少携带 H(XnYn)=n bit。故每份摊销成本恰为一,与信息成本相等。

若把输入副本改成完全相关的 (Xi,Yi)=(X1,Y1),只解一次即可,线性信息账本失效;所以 μn 是定理数据。若要求整个向量同时以概率 1ρ 正确,逐坐标错误界本身并不足够;逐份独立运行再用 union bound 时会把单坐标错误降到约 ρ/n,但联合协议也可能让各坐标错误高度相关。那是另一种复杂度,不能由本页等式机械换一个错误事件得到。

推论与应用

分布自由的 worst-case 版本要交换量词:一份 public-coin 协议必须对每个输入错误至多 ρ,其 prior-free 信息成本取所有先验 μ 的上确界;多副本协议也对每个输入元组逐坐标满足错误界。Braverman 的 prior-free 定理在正错误口径下同样给出该信息量等于 limnRρ(fn;逐坐标错误)/n。它不是简单把固定分布等式外取 supμ,协议必须在所有先验之间共用。

由此,任何Set Disjointness 信息下界都会同时成为其乘积分布摊销通信下界。等式不声称有限 n 精确线性,也不保 round:压缩协议可以增加交互。零错误 prior-free 情形还有额外边界,不能从 ρ>0 的定理令 ρ0 而无证明取极限。

参考资料
  • Mark Braverman and Anup Rao, “Information Equals Amortized Communication,” IEEE Transactions on Information Theory 60(10), 2014, pp. 6058–6069.
  • Mark Braverman, “Interactive Information Complexity,” Proceedings of STOC, 2012, pp. 505–524.
  • Boaz Barak, Mark Braverman, Xi Chen, and Anup Rao, “How to Compress Interactive Communication,” Proceedings of STOC, 2010, pp. 67–76.
关系图谱10 个相邻概念 · 2 类关系

拖动节点调整位置。

显示关系

显示:依赖

  1. 前置三跳
  2. 前置二跳
  3. 前置一跳
  4. 当前条目
  5. 后续一跳
  6. 后续二跳
  7. 后续三跳
文字版关系按与当前条目的最短距离分组
类型化关系