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复杂性类 NC

Nick's Class · NC

由多项式规模、复对数深度的统一布尔电路族判定的高度并行语言类。

条目类型
定义

形式陈述

NCk 通常由对数空间一致、大小 nO(1)、有界扇入且深度 O(logkn) 的布尔电路族判定;NC=k1NCk。多项式大小限制总工作量,多对数深度表示可在多项式处理器上高效并行。已知 NCP,是否 NC=P 未知;NC1LNLNC2 是常见包含链(取标准一致性约定)。

直觉

NC 把“可显著并行化”形式化为多项式数量处理单元在 polylog 时间内完成:大量局部操作同时进行,只留下多对数轮依赖;电路规模限制总工作,深度限制渐近关键路径。它不是“使用多核就快一点”。单纯拥有多项式时间算法不保证属于 NC,因为算法可能存在本质串行依赖;反过来,指数数量门即使深度常数也不算有效并行。通常还加入一致性,确保电路族可由小空间程序生成。

例子与边界

整数加法、矩阵乘法和许多树归约属于 NC;一般电路值问题是 P 完全问题,被视为难以高效并行化的代表。若去掉一致性,电路可能携带不可计算建议;若允许无界扇入,则得到 AC 类而非标准 NC。深度 O(logkn)k 是固定常数,不能随输入增长。NC 与现实加速还受通信、缓存和处理器数量影响。

两个 n 位整数相加可用并行前缀电路在 O(logn) 深度、O(n) 或近线性规模完成,属于 NC。矩阵乘法也可并行计算各乘积与求和。一般电路值问题是 P 完全问题,被视为难以有 NC 算法的代表,尽管尚不能由 PNC 无条件分离证明。

GPU 上跑得快不等于属于 NC:硬件常数、内存带宽和有限处理器数是工程指标;NC 讨论随 n 增长的理论规模与深度。门基、fan-in 和 uniformity 不同会改变具体子类。

推论与应用

NC 提供并行可解性的理论基准,支撑 PRAM 算法、电路设计和 P 完全性分析,并把总工作量与并行时间同时纳入分类。

定义依赖 布尔电路规模与深度 以及 电路族一致性。其层级 NC1,NC2, 按对数深度指数细分,并通过 并行复杂度包含链 与 L、NL、P 对照。

参考资料
  • Sanjeev Arora and Boaz Barak, Computational Complexity: A Modern Approach, Cambridge University Press, 2009,Chs. 1–8。
  • Stasys Jukna, Boolean Function Complexity: Advances and Frontiers, Springer, 2012,Chs. 1–6。
关系图谱9 个相邻概念 · 2 类关系

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