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随机复杂度类包含关系

Randomized complexity class containments

P、ZPP、RP、coRP、BPP 与 PP 之间的标准包含及已知等式。

条目类型
定理

形式陈述

随机多项式时间类满足

PZPP=RPcoRPBPPPP.

确定性算法可以忽略随机位,得到 PZPP。零错误期望多项式时间与同时具有 RP、coRP 单侧错误算法等价,给出 ZPP=RPcoRP。单侧错误算法是双侧有界错误算法的特例,故进入 BPP;BPP 对每个输入都以常数间隔偏离 1/2,而 PP 只要求接受概率位于 1/2 的正确一侧,因此 BPPPP

直觉

这些类的包含关系主要由允许误差的方向和阈值强弱逐步放宽:P 不出错也不依赖随机性;ZPP 只允许运行时间随机,保持零错误;RP/coRP 只在一侧出错;BPP 允许双侧常数误差;PP 最后只保留“略多于一半”的严格多数。这些箭头是语义放松,并不表示已知严格;随机性是否给 P 增添能力仍是去随机化的核心问题。

例子与边界

RPNP 使用“接受时绝不出错”的单边保证,不能照搬到 BPP;BPP 的某条接受随机串可能对应错误答案。PP 不是 bounded-error 类,其接受优势可以指数级小。图中除 ZPP=RPcoRP 外,不应把普遍相信的严格性或去随机化猜想写成已证等号。

把形式陈述中的交集关系展开,可另写单侧链 PZPPRPBPPPP,并保留 ZPP=RPcoRP。RP 算法是 BPP 算法,因为否实例错误率为 0、是实例可放大到至少 2/3;BPP 又属于 PP,因为其接受概率在是、否两侧跨越 1/2

不能把 RPNP 与上链混为同一理由:RP 的某个接受随机串可作为 NP 证书,依赖零假阳性。PP 的微小多数无法通过普通放大转回 BPP,故最后一个包含远非等价。

推论与应用

该链把 Las Vegas、单侧错误、双侧错误与多数接受模型放进同一图谱。更强的去随机化结论或严格分离需要额外结构、困难性假设或尚未解决的复杂度突破。

该图连接 PRPZPPBPPPP概率放大 固化常数阈值,Sipser–Gács–Lautemann 把 BPP 放入 PH,伪随机生成器则研究这些包含何时能坍缩到 P。

参考资料
  • Sanjeev Arora and Boaz Barak, Computational Complexity: A Modern Approach, Cambridge University Press, 2009,Ch. 7。
  • Rajeev Motwani and Prabhakar Raghavan, Randomized Algorithms, Cambridge University Press, 1995,Ch. 1。
关系图谱15 个相邻概念 · 1 类关系

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