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NP问题笔记

时间:2023-07-13 22:11:51浏览次数:54  
标签:多项式 复杂度 NPC 问题 算法 笔记 NP

算法的时间复杂度指的是算法计算所需要的数量级,通常用O(·)表示。

O(1)表示一个算法是常数阶,例如访问HashMap的某一个元素(随机存取)只需要一次运算即可。

O(n)表示一个算法是线性阶,例如寻找数组Array中最大的元素,需要遍历数组(顺序表)的所有元素。

O(logn)是对数阶,比O(n)更快,例如有序表的二分查找。

O(n^2)表示一个算法是平方阶,例如冒泡排序算法对数组进行排序。

O(nlogn)介于O(n)和O(n^2)之间,常见的有快速排序、归并排序算法。

以上都是多项式级别的复杂度,即O(n^a)以下。

下面的是非多项式级别,更难计算。

O(a^n)是指数级递增的计算规模。例如常见的“汉诺塔问题”,就是2^n次计算。

O(n!)复杂度的是阶乘规模的算法,例如一组数的全排列。

    如果一个问题可以找到一个能在多项式时间内解决的算法,称为P问题(polynomial)。

    NP问题:可以在多项式时间内验证问题的一个可能解(non-deterministic polynomial)。

    所谓P=NP?就是讨论,是否所有NP问题都是P类问题(显然所有P问题都是NP问题,能找到算法自然可以轻松验证。)

一个复杂度较低的问题,可以约化(Reducibility)为复杂度较高的问题,例如一次方程可以视为二次项系数为0的二次方程。

    NPC是指NP完全问题,可以在多项式时间内验证问题的一个可能解,但是要找到问题的解通常需要高于多项式的时间。1. NPC问题是一个NP问题。2. 所有的NP问题都可以约化为NPC问题。

    NPC的性质:NP虽然可以快速验证,但是没有任何数据结构和算法可以在多项式时间内解决NPC;所有已知的NPC问题都可以用图论的形式表示出来;如果一个问题被归约到某个NPC问题,就可以认为它也是个NPC问题。

    其不可能有多项式级复杂度的算法。只要任意一个NPC问题找到了多项式算法,那么所有的NP问题就都可以用该算法去解决了,即证明了P=NP。(其实恰恰是NPC问题的存在让人们相信P不等于NP)。当前的NPC问题通常只能用指数级别甚至阶乘级别复杂度的算法求解。

    逻辑电路问题:给定一个逻辑电路,问是否存在一种输入使得该电路输出为True。该问题已被证实为NPC问题,并且任意一个NP问题都可以约化为逻辑电路问题。

    NPC问题其他案例:TSP(Traveling Saleman Problem 旅行商问题)、背包问题、图着色问题、布尔可满足性问题(SAT Boolean Satisfiability Problem)、子集和问题等。计算理论、集合论、图论等领域都发现越来越多NP问题,对NPC问题深入研究可以设法克服这些问题。

    证明一个问题是NPC问题。首先证明其是一个NP问题,然后用一个已知的NPC问题进行多项式时间的规约。

    NP-Hard问题不一定是NP问题,也可能是非NP问题。但所有NP问题都可以约化为NP-Hard问题。P属于NP,NP和NP-Hard的交集为NPC。NP-Hard问题同样很难找到多项式算法。

标签:多项式,复杂度,NPC,问题,算法,笔记,NP
From: https://www.cnblogs.com/zhaoke271828/p/17552339.html

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