NP-Complete[計算複雜性中的NP完全]

NP-Complete[計算複雜性中的NP完全]
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NP完全或NP完備(NP-Complete,縮寫為 NP-C 或 NPC),是計算複雜度理論中,決定性問題的等級之一。NPC 問題,是NP(非決定性多項式時間)中最難的決定性問題。因此NP完備問題應該是最不可能被化簡為P(多項式時間可決定)的決定性問題的集合。

一個決定性問題 C若是為NPC,則代表它對NP是完備的,這表示:

它是一個NP問題,且

其他屬於NP的問題都可歸約成它。

1.

它是一個NP問題,且

2.

其他屬於NP的問題都可歸約成它。

可歸約在此意指對每個問題 L,總有一個多項式時間多對一變換,即一個決定性的算法可以將實例 l∈ L轉化成實例 c∈ C,並讓 c回答Yes若且唯若此答案對 l也是Yes。為了證明某個NP問題 A實際上是NPC問題,證明者必須找出一個已知的NPC問題可以變換成 A。

本定義得到一個結論,就是若上述的 C有一個多項式時間可解的算法,則我們可以將所有的NP問題降到P之中。

這個定義是史提芬·古克所提出。雖然NPC這個詞並沒有出現在這篇論文上任何地方。在這個資訊科學會議上,資訊科學家激動地討論NPC問題是否可以在一個確定型圖靈機上以多項式時間求解。John Hopcroft總結與會眾人的共識,認為由於沒有人能對某一命題提出駁倒對方的證明,此問題不會於現在解決。此命題就是知名的

P和NP相等嗎?。

尚未有人能提出證明,說明NPC問題是否能在多項式時間中解決,使得此問題成為著名的數學中未解決的問題。 位於劍橋市的“克雷數學研究所”(Clay Mathematics Institute,簡稱CMI)提供了一百萬美金獎金給任何可以證明P=NP或P≠NP的人。

一開始很難相信NPC問題是實際存在的,但著名的古克-李芬定理說明了一切(由Leonid Levin與Cook獨立證出SAT問題是NPC問題,簡化過但依舊艱深的證明在此)。

在1972年,Richard Karp證明有好幾個問題也是NPC(請見卡普的二十一個NP-完全問題),因此除了SAT問題外,的確存在著一整類NPC問題。從古克開始,數千個問題藉由從其他NPC問題變換而證實也是NPC問題,其中很多問題被蒐集在Garey與Johnson於1979年出版的書之中。

滿足條件2(無論是否滿足條件1)的問題集合被稱為NP-hard。一個NP-hard問題至少跟NPC問題一樣難。 有一類問題已經被證明屬於NP-hard但不屬於NP,即,這類問題至少與NP-complete一樣難,但這類問題又不屬於NP(自然也不屬於NP-complete)。 例如圍棋的必勝下法,就是這樣一個問題。

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