平滑 Discrepancy 的稳健抵消 形式陈述
令 partial Boolean function , 为全部组合矩形。它从通信 discrepancy公理库通信复杂度的 discrepancy 方法Discrepancy method for communication complexity · Rectangle discrepancy量化每个组合矩形内 0/1 概率质量的最大不平衡,并把小不平衡转换为有错误随机通信下界。出发并允许平滑目标;Jain–Klauck 的 LP 口径对参数 定义 为下列最小值:变量 ,目标
并对每个定义格施加
格无这些正确性约束。由线性规划对偶公理库线性规划对偶Linear programming duality · LP duality从线性约束生成对偶界,并以弱对偶、强对偶和互补松弛连接两侧最优解。,每格有非负主权重 与 slack ,要求每个矩形内两种符号的净权重绝对值至多 ,目标为 。大对偶值意味着即使允许少量 slack,所有矩形仍难以产生稳定相关。
自然表述要求 支撑在 上, 与 的距离只在这些定义格计算。具体地, 是:选择分布 ,并允许把 在 -质量小于 的格上改成 ,再最大化 。LP 参数与 间存在常数因子转换;若未固定该转换,不应把两个版本写成数值完全相等。
这一定义实际调用分解范数而非只作类比。下面的完整符号矩阵表述先限于全布尔函数,取 、;偏函数若使用相应的仅在定义格施约束的范数版本,须另行声明。Jain–Klauck 证明
因此把 smooth-discrepancy witness 代入近似分解范数下界公理库分解范数通信下界Factorization-norm lower bound · Approximate gamma_2 lower bound从固定随机币的协议矩形分解、范数凸性与逐输入正确率,推导带明确归一化常数的公共币通信下界。,可直接得到 randomized communication 下界;常数 与两个不同平滑半径必须保留。
直觉
普通 discrepancy 要求目标符号矩阵本身在每个矩形中平衡,少量异常格可能制造抵消或毁掉一个好分布。平滑版本允许对这些格付出明确预算后重新选择附近函数,问困难是否在小扰动下仍存在。
LP 中 是用正负矩形权重重建符号目标;slack 允许重建值位于 。对偶则寻找一张加权见证,使每个矩形的相关性都小。这个凸对偶与近似 的分解范数路线相接,但两者的归一化不能凭“都叫 generalized discrepancy”而混写。
例子与边界
对二阶 XOR,令四个 singleton 矩形为 。在 的格取 ,在 的格取 ,其余变量为零。每格恰被自己的 singleton 覆盖,约束和为 ,故对任意 都是目标值 的可复算 primal 可行解。
这首先只是上界证书。对这个小例子,还能显式写出匹配的对偶:四格各取 ,并令 。XOR 的符号棋盘在整个矩阵、任意完整行或列上的和都是零,在 singleton 上为 ;这些已经列尽二阶矩阵的非空矩形。因此所有矩形约束均满足,而对偶目标为 ,证明 对每个 都成立。
这展示了两种证书的相反方向:primal 构造证明“至多这么贵”,dual 构造证明“不能更便宜”。自然定义若允许改变一个均匀质量为 的格,必须取平滑半径 ,因为该版本的距离约束是严格小于;不能把 LP 的 直接当成可以翻转的格子比例。
平滑 discrepancy 仍是双侧相关性方法,不等于平滑矩形界公理库平滑矩形界Smooth rectangle bound · Smooth corruption bound以单一输出标签的分数矩形覆盖允许少量目标扰动,形成介于 smooth discrepancy 与 partition bound 之间的一侧下界。的一侧纯度条件。对 partial function,未定义格是否可当作免费修改、是否进入分布支撑,必须由所用版本说明。
推论与应用
LP 对偶把“对所有矩形”的普遍量词压成一个可验证加权矩阵。为看清错误参数,设公共币协议错误至多 ,通信至多 。对每棵树给输出 的叶记正号,输出 的叶记负号,再按随机币取平均,所得矩形线性组合 满足 。把全部矩形权重除以 ,便得到 时的 primal 可行解,总权重至多 。
所以任何该参数下目标为 的 dual witness 都给出 。LP 的允许幅度 和协议错误 通过这一缩放相连,不能直接把二者写成相同数字。Jain–Klauck 证明 smooth discrepancy 受 smooth rectangle bound 控制,后者又受 partition bound 控制,形成有严格方向的 LP 层级。
方法强度依赖 、平滑质量、输出编码和 discrepancy 取倒数的 convention。某页若把 discrepancy 定义成小数值,本页 LP 则以其倒数作为大下界量;比较前必须先统一方向。没有大 dual 值只表示这类证书失败,不表示存在低通信协议。
参考资料
- Rahul Jain and Hartmut Klauck, “The Partition Bound for Classical Communication Complexity and Query Complexity”, Proceedings of CCC, 2010, pp. 247–258.
- Hartmut Klauck, “Lower Bounds for Quantum Communication Complexity,” SIAM Journal on Computing 37(1), 2007, pp. 20–46.
- Alexander A. Sherstov, “The Pattern Matrix Method for Lower Bounds on Quantum Communication,” Proceedings of STOC, 2008, pp. 85–94.
- Troy Lee and Adi Shraibman, Lower Bounds in Communication Complexity, Foundations and Trends in Theoretical Computer Science, 2009, Chapter 6.