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复杂性类 ZPP

Zero-error probabilistic polynomial time · ZPP

可由零错误、期望多项式时间随机算法判定的语言类。

条目类型
定义

形式陈述

语言 L 属于 ZPP,若存在随机算法始终输出正确答案,且对每个输入的期望运行时间为多项式。等价地,

ZPP=RPcoRP.

也可用 Las Vegas 算法表述:算法可能因随机选择运行较久,但从不输出错误判定。

直觉

ZPP 中的随机性只影响何时得到答案,不影响答案真伪:算法可在不确定时继续随机尝试,直到获得足以保证答案的证据,但只要求期望多项式时间。它等价于同时具有 RP 与 coRP 算法,因为两个单侧错误方向可以交错运行并互相验证,谁先给出确定结论就停止。零错误不等于每条随机路径都在多项式步内结束;少数路径可以很长,只要期望受控且以概率 1 最终停止。

例子与边界

Las Vegas 快速排序总输出正确排序,随机性只影响比较次数,期望为 O(nlogn),是零错误期望多项式算法的典型形态;但 ZPP 是语言判定类,需要把这类算法放入决策问题模型。若某算法每轮以至少 1/2 获得可验证答案,否则重试,则轮数服从几何分布,期望常数。期望多项式仍不等于每条随机路径都多项式。

固定时间后强制猜一个答案会引入误差,不能继续称为 ZPP;但用 Markov 不等式截断并在超时输出“失败”可转成带失败符号的算法。期望多项式也必须对每个输入成立,而非只对输入分布平均。

推论与应用

它厘清 Las Vegas 与 Monte Carlo 随机化,并完善 P、RP、coRP、BPP 之间的包含图。

它由 RP、coRP 和 期望 共同刻画,并包含于 BPP。零错误范式常出现在哈希、几何与数论算法中;概率放大和重启分析则解释如何从单次成功下界推导期望运行时间。

参考资料
关系图谱13 个相邻概念 · 1 类关系

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