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带 joker 的 corruption 界

Corruption with jokers · Joker corruption bound

引入不计输出正确性的 joker 分布,以带负权的全矩形不等式排除大量近单色叶联合覆盖目标输入。

条目类型
方法
带 Joker 的 Corruption 全局预算

形式陈述 ​

在普通 corruption 界的二方矩形设置中,设 partial function f:X×Y→{0,1,∗},Ai=f−1(i)。取三个概率分布 μ0,μ1,μ+、正常数 α0,α1,α+ 与 m>0。假设 μi(Ai)≥1−η(i=0,1),且对每个组合矩形 R 都有

α1μ1(R)−α+μ+(R)≤α0μ0(R)+2−m.

若

η<α1−α+α0+α1,

则存在只依赖这些常数的 ε′>0 与 β∈R,使分布通信复杂度在困难分布

ν=α0μ0+α1μ1α0+α1

下有 Dε′ν(f)≥m+β,从而 Rε′(f)≥m+β。μ+ 不必支持在 ∗ 格;“joker”表示其质量在证书中带负号、输出可不被主困难分布计分,而不是修改协议的合法输入。

直觉

普通 corruption 要求每块大矩形中的目标 1 质量都伴随足够 0 污染;某些问题存在大而近单色的异常矩形,单块论证因此失败。joker 方法容许这种块存在,但证明它若含很多 1,就必须含更多可被统一计账的 joker 质量。

协议的 1-叶彼此不交。把每块不等式相加时,joker 总质量最多为一,不能被每片叶重复使用;异常矩形因此无法共同覆盖几乎所有 1 输入。这是“单块可以好、全集不能都好”的全局预算。

例子与边界

取精确支撑 η=0,并设 α0=1,α1=2,α+=1。假设对所有矩形有

2μ1(R)−μ+(R)≤μ0(R)+2−m.

成本 c 的确定性协议至多有 2c 个互不相交 1-叶,其并记为 S1。逐叶求和并用 μ+(S1)≤1 得

2μ1(S1)−1≤μ0(S1)+2c−m.

若两类条件错误都至多 1/10,则 μ1(S1)≥9/10、μ0(S1)≤1/10,所以 0.7≤2c−m,即 c≥m+log2⁡0.7。这条可复算轨迹展示负 joker 项为何只付一次。

必要边界是 α1>α+;否则即使错误为零,移项后也没有正余量。加性项必须是 2−m 这样的显式尺度,因为叶数会把它放大为 2c−m。只对“规则矩形”检验不等式不能覆盖任意协议叶。

推论与应用

Chakrabarti–Regev 用此框架证明 Gap-Hamming 的线性 randomized communication lower bound;其主要技术工作是为三种精心选择的分布证明全矩形不等式,而不是上述叶求和代数。该证书可嵌入平滑矩形界的对偶,因此是一种更易手算的 sufficient condition。

它不普遍支配普通 corruption:选错 μ+ 或系数可能让负项毫无帮助。joker 也不是“可随意回答的 promise 区域”的同义词;困难分布、函数未定义区和负权辅助分布是三件不同的数据,应用时都要分别报告。

参考资料
  • Amit Chakrabarti and Oded Regev, “An Optimal Lower Bound on the Communication Complexity of Gap-Hamming-Distance,” SIAM Journal on Computing 41(5), 2012, pp. 1299–1317.
  • Rahul Jain and Hartmut Klauck, “The Partition Bound for Classical Communication Complexity and Query Complexity,” Proceedings of CCC, 2010, pp. 247–258.
  • Amit Chakrabarti, Ranganath Kondapally, and Zhenghui Wang, “Information Complexity versus Corruption and Applications to Orthogonality and Gap-Hamming,” Proceedings of RANDOM, 2012, pp. 483–496.
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