形式陈述
固定整数 , 允许AC⁰公理库AC⁰AC0 · AC^0 · Constant-depth unbounded-fan-in circuits由多项式规模、常数深度、无界扇入 AND/OR 门电路族计算的布尔函数类。 的无界 fan-in AND/OR/NOT 门,再加入无界 fan-in 门。本页约定
有些文献在余数非零时输出 ,加一层 NOT 即可互换。非一致 是所有固定模数版本的并:电路族具有多项式大小、常数深度,模数独立于输入长度。若一族使用固定的 ,可取 。要用 检测和是否为模 的零类,只需对所有满足 的模 余数分别加常数输入作平移,再以 OR 汇总;候选余数数目只依赖固定模数。因此有限多种 MOD 门仍可常数规模、常数深度地收入一个固定 ,不会扩大该并。
uniform ACC⁰ 还需指定门和连线的一致生成公理库电路族一致性Circuit family uniformity要求输入长度 n 对应电路可由统一算法有效生成的条件。,常用 DLOGTIME-uniform 口径。已知
其中TC⁰公理库复杂性类 TC⁰TC0 · TC^0 · Threshold circuit class由多项式规模、常数深度、无界扇入多数门电路族计算的布尔函数类。再包含于NC¹公理库复杂性类 NC¹NC1 · NC^1 · Nick's Class level one由多项式规模、有界扇入且对数深度的布尔电路族计算的第一层 NC。。frontmatter 中的子类关系只表达已知包含,不暗示 ;这一严格性仍未解决。
直觉
MOD 门一次读取全部输入,却保留的不是“有没有”或“是否全有”,而是汉明重量绕固定周期的位置。它为常深电路增加一种真正全局的周期感:无论输入多长,一层门都能分辨总数是否落在某个模剩余类。AC⁰ 无法计算 parity,恰说明仅靠 AND/OR 的固定轮聚合不能恢复这种周期结构。
固定模数是定义的核心。若允许 随长度任意变化,门本身可能携带越来越复杂的计数规则,所得模型不是标准 ACC⁰。相反,同一固定 的门在任意大 fan-in 上工作,强度来自无界汇总,而不是为每个输入长度换一个新模数。
例子与边界
对八位输入 ,汉明重量是 ,所以按本页约定 门输出 ;把最后一位改为 后重量为 ,输出 。 直接判定偶重量,其否定就是 parity,因此 parity 属于 ACC⁰。结合parity 不属于 AC⁰公理库Parity 不属于 AC⁰Parity not in AC0 · AC0 parity lower bound证明任何多项式规模、常数深度、无界扇入 AND/OR/NOT 电路族都不能计算奇偶函数。,得到无条件严格包含 。
这条例子不能推广为“所有计数都在 ACC⁰”。多数函数是否属于非一致 ACC⁰ 仍是著名开放问题;允许 majority 后才按定义进入 TC⁰。Razborov–Smolensky 多项式法能分离若干互素模数的 类,却不能处理 ACC⁰ 中任意复合模门的全部组合。特别是从 不能推出 。
门输出余数等于零或非零、是否同时允许多个固定模数,都只造成常数层模拟;深度若随 增长、模数若随 增长或规模若超多项式,则会越出本类。uniform 算术结论也不得无标签套给任意非一致族。
推论与应用
来自 threshold 电路的常深计数能力:固定模数的余数可由多项式规模多数门网络求出。再结合 ,得到 ACC⁰ 的一般上界;目前两处是否严格都未知。与 AC⁰ 相比,MOD 门又使 switching lemma 的直接逐层简化失效,迫使下界研究转向低次多项式、相关界和算法方法。
Ryan Williams 通过比穷举更快的 ACC⁰-Circuit-SAT 算法与时间层级论证,证明 。这是一项一般非一致 ACC⁰ 下界,但它给出的困难语言位于很高复杂度类,并未解决多数函数或 NP 是否具有 ACC⁰ 电路。该结果也说明电路可满足性算法公理库电路可满足性问题Circuit satisfiability problem · Circuit-SAT给定编码后的布尔电路,判断是否存在输入赋值使其输出为真的 NP 完全问题。为何会反过来产生电路下界。
参考资料
- Roman Smolensky, “Algebraic Methods in the Theory of Lower Bounds for Boolean Circuit Complexity,” Proceedings of STOC 1987, pp. 77–82.
- Sanjeev Arora and Boaz Barak, Computational Complexity: A Modern Approach, Cambridge University Press, 2009, §13.2.
- Ryan Williams, “Nonuniform ACC Circuit Lower Bounds,” Journal of the ACM 61(1), 2014, Article 2.