图片加载失败 平滑矩形界的单侧分数覆盖 形式陈述
作为corruption/rectangle 界 公理库 Corruption / rectangle bound Corruption bound · Rectangle bound for communication 排除概率质量大且近乎单色的组合矩形,从分布错误协议中抽取叶并推出通信下界。 的平滑版本,设 partial function f : X × Y → Z ∪ { ∗ } 。固定输出 z 与 ε ≥ 0 ,借助线性规划对偶 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。 定义 srec ε z ( f ) 为 LP
min ∑ R ∈ R w R 的最优值,其中 w R ≥ 0 ,并满足
1 − ε ≤ ∑ R ∋ ( x , y ) w R ≤ 1 ( ( x , y ) ∈ f − 1 ( z ) ) , ∑ R ∋ ( x , y ) w R ≤ ε ( ( x , y ) ∈ dom f ∖ f − 1 ( z ) ) . 再令 srec ε ( f ) = max z ∈ Z srec ε z ( f ) 。它是“一侧”松弛:只强制某个输出的格被大量覆盖,并限制其余定义格的污染;∗ 格没有正确性约束。
自然版本先选分布 λ ,再把 f 改成与其在 λ 下距离小于 δ 的函数 g ,要求 λ ( g − 1 ( z ) ) ≥ 1 / 2 ,最后对 g 取传统 rectangle bound。Jain–Klauck 给出自然版本与 LP 版本的参数转换,并证明
sdisc ( f ) ≲ srec ( f ) ≤ prt ( f ) , 其中第一处常数依赖采用的平滑参数;不能省略参数后宣称逐值相等。
直觉
传统 corruption 问是否存在一块大而近乎 z -单色的矩形。平滑矩形界允许先修正一小部分输入,再问附近函数是否仍排斥这种矩形;LP 则把“很多协议树中的候选矩形”连续化为权重。
具体说,对一条通信至多 c 的公共币协议,令 w R 等于输出 z 的叶矩形 R 在随机协议树中出现的期望次数。对每棵固定树,每个输入只落在一个叶内,所以 ∑ R ∋ ( x , y ) w R 恰是协议输出 z 的概率。在目标格上它至少为 1 − ε ,在其他定义格上至多为 ε ,且不会超过 1 。
每棵树至多有 2 c 个叶,因此这组权重满足 ∑ R w R ≤ 2 c 。于是 srec ε ( f ) ≤ 2 c ,也就是 c ≥ log 2 srec ε ( f ) 。这是 LP 数值到通信 bit 数的必要对数转换;找到便宜的可行覆盖只给 LP 上界,证明通信下界需要证明所有可行覆盖都昂贵。
与双侧 discrepancy 的正负抵消不同,本页只追踪一个标签的覆盖和污染。因此它能识别某一类输入难以被近单色矩形捕获的情形,即使整体符号和因另一侧结构而有较大 discrepancy。
例子与边界
对零误差二阶 XOR,固定 z = 1 。这里 XOR 1 ( x , y ) = x ⊕ y ,两个 1 -格是 ( 0 , 1 ) 和 ( 1 , 0 ) ,位于反对角位置;任何同时包含二者的组合矩形也包含两个 0 -格,因 ε = 0 不合法。两个 singleton 各赋权 1 给出目标值 2 的可行解。
反之,每个合法正权矩形至多覆盖一个 1 -格,而每个 1 -格的总覆盖至少 1 ,所以目标至少 2 。因此
srec 0 1 ( XOR 1 ) = 2. 这与 partition LP 的值 4 不冲突:后者同时给两个输出标签完整覆盖所有格,本页只保护一个输出。
在 ε = 1 / 2 时,给整个矩阵矩形赋权 1 / 2 已满足任意布尔函数的约束:目标格覆盖为 1 / 2 ,其他格的污染也为 1 / 2 。因此该参数不再能区分复杂函数;有意义的有界错误下界必须让错误严格小于 1 / 2 。若 ε ≥ 1 ,零权重就可行,参数完全退化。若把 ∗ 格当成错误输出强制低覆盖,会得到 total completion 的另一个问题。若分布不写,所谓“只改少量格”没有质量尺度。
推论与应用
平滑矩形界可由带 joker 的 corruption 界 公理库 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。 构造对偶证书:joker 质量以负号抵消少量坏区域,而对所有矩形成立的不等式阻止协议用许多近单色叶覆盖目标输入。它也支配平滑 discrepancy 公理库 平滑 discrepancy Smooth discrepancy · Smoothed generalized discrepancy 允许目标函数在小概率质量上平滑改变,再以 discrepancy 的 LP 对偶证书给出更稳健的通信下界。 ,并被 partition bound 支配。
层级只比较下界数值,不表示方法普遍给紧结果。one-sided LP 会忘掉消息顺序、round 与信息泄露;这也解释了它为何与Set Disjointness 的信息复杂度证明 公理库 Set Disjointness 的信息复杂度 Information complexity of Set Disjointness · Information-statistics lower bound for DISJ 以单坐标 AND 的条件信息和 transcript Hellinger 距离证明 Set Disjointness 的线性信息下界。 形成方法对照,后者直接追踪 transcript 泄露与 Hellinger 距离。自然定义到 LP 定义的 ε , δ 转换也必须保留;若某证明只检验一族几何矩形而非全部组合矩形,不能作为本页可行 dual 证书。
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, “A Strong Direct Product Theorem for Disjointness,” Proceedings of STOC , 2010, pp. 77–86.
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.