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并行复杂度类包含链

Parallel complexity class containment chain · NC-L-NL containment chain

标准一致性约定下 NC、L、NL 与 P 之间的包含关系。

条目类型
定理

形式陈述

对标准的对数空间一致、有界扇入电路族,

NC1LNLNC2NCP.

NC1L 可由小空间模拟浅电路得到;LNL 是确定性到非确定性的直接包含;NLNC2 可把配置图可达性写成布尔矩阵的重复平方;NCP 则按拓扑序求值多项式规模电路即可。

直觉

并行包含链把低空间与浅电路联系起来:对数空间算法只能保留少量状态,却可反复读取输入;浅电路则允许大量门并行工作。配置图把两种资源模型接到同一个可达性问题上,使小空间机器能展开为多项式规模电路,浅一致电路又能用有限空间逐门求值,低空间计算因而可转写成多对数深度的并行计算。NC 位于“高效并行”一侧,P 位于“高效串行”一侧;是否二者相等未知,因此 P 完全性常被当作本质串行性的证据而非定理。

例子与边界

这条链依赖一致性约定;非一致电路可能把难以计算的信息直接编码进电路族。NC 是所有固定 kNCk 之并,不能从 NC1L 推出 NCL。目前不知道 L=NLNC=P 是否成立。

若把 AC 纳入比较,常见的细化关系为 NC1LNLAC1NC2P,并有 NC=kNCkP。例如 logspace-uniform 浅电路可由多项式时间机器按拓扑顺序求值;反向模拟时,空间受限机器的配置图可被并行可达性电路处理。

具体链随 uniformity、fan-in 和类的定义略有版本差异,不能只看符号名称。NCP 不意味着现实中所有 NC 算法都更快;处理器限制与通信成本不在抽象电路深度中。

推论与应用

该链把“内存很少”“可高度并行”和“多项式时间”放到同一坐标系中,也是用 P 完全性解释问题可能难以有效并行化的基础。

NCLNLP 共同构成并行复杂度坐标。一致性 是把电路链与机器链对齐的关键,P 完全问题则用于检验某个多项式时间任务是否可能落入 NC。

参考资料
  • Raymond Greenlaw, H. James Hoover, and Walter L. Ruzzo, Limits to Parallel Computation: P-Completeness Theory, Oxford University Press, 1995,Chs. 2–4。
  • Sanjeev Arora and Boaz Barak, Computational Complexity: A Modern Approach, Cambridge University Press, 2009,Chs. 4 and 6。
关系图谱12 个相邻概念 · 1 类关系

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