Класс NP

В теории сложности Класс [math]NP[/math] — класс языков (задач), ответ на которые можно проверить за полиномиальное время.

Определение

Определение класса NP через класс NTIME и класс NSPACE.

[math]NP=\bigcup_{i=0}^{\infty} NTIME(in^i)=\bigcup_{i=0}^{\infty}\bigcup_{k=0}^{\infty} NTIME(in^k)[/math]

Класс [math]\Sigma_1[/math]

Альтернативным определением класса NP является определение на языке сертификатов.

Будем говорить, что y является сертификатом принадлежности x языку L, если существует полиномиальное отношение R.

Классом [math]\Sigma_1[/math] называется класс языков (задач) L, таких что для каждого из них существует полиномиальный верификатор сертификата R, а также полином p, такие что слово l принадлежит языку L тогда и только тогда, когда существует сертификат (утверждение) y, длина которого не превосходит заданного полинома p, и сертификат удовлетворяет верификатору.

[math]\Sigma_1 = \{L|\exists R(x,y) \in P, p \in Poly | l \in L \Leftrightarrow \exists y, |y| \le p(x) | R(x,y)=1\}[/math]

Теорема о равенстве [math]\Sigma_1 [/math] и [math] NP[/math]

Формулировка

[math]\Sigma_1 = NP[/math]

Доказательство

Построим доказательство равенство из доказательств двух взаимных включений.

[math]\Sigma_1 \subset NP[/math]

Построим программу, работающую за полином (из свойств машины Тьюринга, возможно построить аналогичную машину Тьюринга, работающюю за полиномиальное время, возможно большее), которая будет проверять решение задачи, входящей в класс [math]\Sigma_1[/math]. Таким образом покажем вхождение класса [math]\Sigma_1 [/math] в [math]NP[/math].

Вхождение доказано.

[math]NP \subset \Sigma_1[/math]

Пусть [math] L \in NP [/math]. Тогда существует НМТ m, распознающая L. Построим сертификат y как последовательность недетерминированных выборов машины m, приводящих к допуску слова. Верификатором сертификата R выберем структуру, симулирующую НМТ, возвращающую 0 при ошибке выполнения или завершении работы в недопускающем состоянии, и 1, если работа НМТ завершилась корректно в допускающем состоянии. Таким образом, [math] L \in \Sigma_1 [/math], что и требовалось доказать.

Теорема доказана.

Теорема о равенстве [math]\Pi_1 [/math] и [math] NP[/math]

[math]NP = \Pi_1[/math] (См. Полиномиальная иерархия)

Примеры задач класса NP

• Задача BH1N.
• Задача о вершинном покрытии, клике и независимом множестве.
• Задача о удовлетворении булевой формулы, заданной в КНФ. SAT