“设不可满足 CNF $F$ 使用 $n$ 个变量,初始最大宽度为 $w 0(F)$,最小归结宽度为 $W(F)$,最小一般归结规模为 $S(F)$。把规模计作证明中的子句行数、对数取自然对数…”
形式陈述 ​
子句
给定不可满足 CNF
而初始宽度
宽度是局部空间而非总存储量:一行同时记住多少个尚未排除的文字。它既可用于 DAG 形证明,也可用于树形证明;允许共享不会改变单个子句的宽度。最小宽度则在所有合法反驳中取最优,不能从某一份写得很宽的证明反推出公式本身需要宽度。
直觉
子句
归结一步最多把两个前提除 pivot 外的文字合并,因此宽度可能增长,也可能因重合而下降。宽度小不意味着证明短:可有大量不同的窄子句。反过来,一个短证明不可能到处异常宽而毫无结构,因为宽子句可以在某些条件下被重新组织;Ben-Sasson–Wigderson 的权衡正把这种直觉变成定量结论。
例子与边界
再次考虑四子句公式
四个初始子句宽度均为
所以这份证明宽度为
宽度对编码非常敏感。把一个长子句用 Tseitin 辅助变量拆成 3-CNF 会把初始宽度降到
还要区分 width 与 clause space。前者是一行的文字数,后者是验证过程中同时保留的子句数;总存储大致受二者乘积影响,却没有一个指标可替代另一个。对 XOR、基数约束等非 CNF 原语,必须先说明如何编码为子句,否则“宽度”尚未定义。
推论与应用
归结规模—宽度权衡说明:若最小宽度比初始宽度高出线性量,而变量数同阶,则最小 DAG 归结规模呈指数增长。于是研究者常先用扩张图、pebble game 或局部一致性证明宽度下界,再把它转换成长度下界。这个路线避开了直接追踪证明中每个可能子句。
宽度也具有算法含义。固定宽度上限
参考资料
- Eli Ben-Sasson and Avi Wigderson, “Short Proofs Are Narrow—Resolution Made Simple,” Journal of the ACM 48(2), 2001, pp. 149–169, §§2–3.
- Albert Atserias and Víctor Dalmau, “A Combinatorial Characterization of Resolution Width,” Journal of Computer and System Sciences 74(3), 2008, pp. 323–334, Theorem 2.
- Jan Krajíček, Proof Complexity, Cambridge University Press, 2019, Chapter 4, width and resolution games.