唐常杰翻译的计算理论导引(课堂PPT)
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第8章 空间复杂性 (学生讨论用PPT 素材)作为教学科研的基本训练的一个重要环节,学生应该能根据教材,作出有自己特色的PPT 发言稿. 这里提供一些素材,试图减小学生的工作难度。
PPT 不能仅仅是剪报。
一份好的讨论班PPT 应该有同学的理解和创新.(素材节选自教材 但不能代替教材)从素材作PPT 一般 需要用 读 --减 ---加 三个过程。
(a ) 先充分阅读理解 教材,(b ) 从此素材中删去次要语句,(c ) 增加自己的心得,理解方法,解释和图形。
PPT 应该突出思路,突出要点, 适当的比喻可以帮助理解。
定义8.1 令M 是—个在所有输入上都停机的确定型图灵机。
M 的空间复杂度(space complexity ) 是一个函数f :N →N ,其中f (n )是M 在任何长为n 的输入上扫描带方格的最大数。
若M 的空间复杂度为()n f ,则称M 在空间()n f 内运行。
定义8.2 令f :N →R +是一个函数。
空间复杂性类SPACE (()n f )和NSPACE (()n f )定义如下:SPACE(()n f ) = {L |L 是被O(f (n ))空间的确定型图灵机判定的语言}NSPACE(()n f ) = {L |L 是被O(f (n ))空间的非确定型图灵机判定的语言}例8.3 第7章介绍了NP 完全问题SAT ,现在证明用线性空间算法能求解SAT 问题。
因为SAT 是NP 完全的,所以SAT 不能用多项式时间算法求解,更不能用线性时间算法求解。
因为空间可以重用,而时间不能,所以空间的能力显得比时间强得多。
M l =“对输入<φ>,φ是布尔公式:1)对于φ中变量x 1,x 2…,x m 的每个真值赋值2) 计算φ在该真值赋值下的值。
3)若φ的值为l ,则接受;否则拒绝。
”显然机器M 1是在线性空间内运行,这是因为每一次循环都可以复用带子上的同一部分。
该机器只需存储当前的真值赋值,则只需要消耗O (m )空间。
第9章 难解性 ( 同学讨论PPT 素材)作为教学科研的基本训练的一个重要环节,学生应该能根据教材,作出有自己特色的PPT 发言稿. 这里提供一些素材,试图减小学生的工作难度。
PPT 不能仅仅是剪报。
一份好的讨论班PPT 应该有同学的理解和创新.(素材节选自教材 但不能代替教材)从素材作PPT 一般 需要用 读 --减 ---加 三个过程。
(a ) 先充分阅读理解 教材,(b ) 从此素材中删去次要语句,(c ) 增加自己的心得,理解方法,解释和图形。
PPT 应该突出思路,突出要点, 适当的比喻可以帮助理解。
9.1 层次定理通常的直觉是给图灵机更多的时间或空间就能扩大它所能求解的问题类。
例如,在时间3n 内,图灵机应能比在时间2n 内判定更多的语言。
在一定条件下,这种直觉是正确的。
层次定理(hierarchy theorems )证明了这种直觉在满足某些条件下的正确性。
采用术语层次定理,是因为这些定理中的每一个都证明了时间和空间复杂性类不全相同—它们形成一个层次结构,其中时空界限较大的类比时空界限较小的类包含更多的语言。
空间复杂性层次定理比时间复杂性层次定理稍简单一些,故首先介绍它。
在实际陈述定理之前,引入下面的定义。
定义9.1 函数N N f →:,()n f 至少为O (n log ),如果函数f 把1n 映射为()n f 的二进制表示并且该函数在空间()()n f O 内是可计算的1称为空间可构造的(space constructible )。
换言之,如果存在某个TM M ,在()()n f O 空间内运行,而且在输入1n 时总能停机,停机时)(n f 的二进制表示出现在带子上,则f 是空间可构造的。
为了具有时间和空间可构造性,如n log n 2和n 这—类带小数的函数被向下舍入到紧邻的较小的整数上。
例9.2 通常出现的复杂度至少为O(n log )的函数都是空间可构造的,包括n log 2,n log n 2,2n 。