P,NP,NPC,NP-Hard,co-NP问题辨析

      学算法学到这章,真是神仙打架。上网学习各位前辈的文章,看的我也是眼花缭乱。终于看到一篇易于理解的(网址附于文末),看过之后写写自己的理解。如有错误,请各位前辈指正!

      P问题,在这里不说全称了,感觉说了也没用。P问题就是指能在多项式时间求解出的问题。举个例子:排序问题,二分查找问题的时间复杂度分别是O(nlogn),O(logn)。

      说到时间复杂度,这篇文章对此也做了详细的解释,成功刷新了我对于时间复杂度的理解,原文如下,再次引用:

      “时间复杂度并不是表示一个程序解决问题需要花多少时间,而是当问题规模扩大后,程序需要的时间长度增长得有多快。也就是说,对于高速处理数据的计算机来说,处理某一个特定数据的效率不能衡量一个程序的好坏,而应该看当这个数据的规模变大到数百倍后,程序运行时间是否还是一样,或者也跟着慢了数百倍,或者变慢了数万倍。不管数据有多大,程序处理花的时间始终是那么多的,我们就说这个程序很好,具有O(1)的时间复杂度,也称常数级复杂度;数据规模变得有多大,花的时间也跟着变得有多长,这个程序的时间复杂度就是O(n),比如找n个数中的最大值;而像冒泡排序、插入排序等,数据扩大2倍,时间变慢4倍的,属于O(n^2)的复杂度。”

      NP问题就是无法在多项式时间内求出一个解。但若给出一个解,能在多项式时间内证明这个解是否正确(学名叫判定性问题)。注意,并不是能够在多项式的时间求出一个解。前提是要有一个解,这个解可以是猜的或者以任意一种方式获得。由此可看出,P问题属于NP问题。

      NPC问题,说到NPC问题,就要提到一个操作叫“规约”。这里有一个易受误导的地方,规约不是越化越简单,反而是越化越难。举个例子:A是求解一元一次函数,B是求解一元二次函数。可以说A可规约至B,因为会解B,一定会解A。可把B看作是二次项系数为0的A。所以,每规约一步,问题就变得越复杂。规约具有传递性:A规约至B,B规约至C,那么A规约至C。问题来了,那么一直规约下去会得到什么呢?这就是NPC问题!

      NPC问题上文有所介绍,它是由NP问题不断规约得来。首先NPC本身是一个NP问题,这是证明一个问题是NPC问题的首要条件。有NPC和NP问题之间的关系,可以看出:如果一个NPC问题得到了证明,那么所有可以规约至该NPC的NP问题都得到了证明。到目前为止,部分NPC问题得到了证明,但还有很多未证明。也有人把这些问题称之为信息学的“巅峰”。(一猜也知道是很难的!)下面介绍一下证明一个问题是NPC问题的方法:

第一步:证明这个问题是一个NP问题

第二步:证明一个已知的NPC问题能够规约到该问题。

      NP-Hard问题,就是满足NPC问题的第二个条件,但是却不一定满足第一个条件的问题。任意NP问题都可以在多项式的时间内规约至NP-Hard问题。但像上文说的,NP-Hard问题不一定是NP问题。通俗点说,NP-Hard问题就是至少和NPC问题一样难。可能是NPC也可能不是NPC(这取决于NP-Hard问题是否为NP问题)。

      Co-NP问题是由补问题属于NP问题的问题组成。对于co-NP问题上网差了一些资料。主要的研究方向好像是co-NP问题和NP问题的关系。鉴于水平有限,实在是看不懂,就此作罢!还望高手指点。

      最后贴一张书上的图,说明各类问题之间的关系:
在这里插入图片描述
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