計算復雜性理論
傅育熙
商品描述
本書是一本介紹計算復雜性理論的基礎教材, 內容包括時間復雜性、空間復雜性、NP-理論、多項式譜 系、電路復雜性、隨機計算及去隨機、計數復雜性、交互證明系統、PCP 定理、近似計算與不可近似性。 本書的主要讀者群是高年級本科生、碩士生、博士生，以及希望瞭解（更多）計算復雜性理論的教師 和科研工作者。本書可用於以下課程：（1）面向高年級本科生、研究生的“計算復雜性理論導論”課程， 內容涵蓋前3 章；（2）面向研究生的“計算復雜性理論高等議題”課程，內容涵蓋後3 章；（3）面向高年 級本科生、研究生的“算法理論”課程，涵蓋第 4 章、第 6 章中有關隨機算法和去隨機、近似算法和不 可近似性的內容；（4）面向高年級本科生、研究生的“計算理論”課程，以第 1 章的內容為核心，並根 據學分多少和授課對象不同做適當補充。
目錄大綱
目 錄
第 1 章 計算理論 1
1.1 圖靈機 5
1.2 時間可構造性 9
1.3 通用圖靈機 10
1.4 對角線方法 15
1.5 丘奇-圖靈論題 17
1.6 加速定理 21
1.7 時間復雜性類 24
1.8 非確定圖靈機 26
1.9 命題邏輯 29
1.10 謂詞邏輯 32
1.11 計算的邏輯刻畫 34
1.12 時間譜系定理 37
1.13 間隙定理 41
1.14 神諭圖靈機 42
1.15 歸約 43
1.16 空間復雜性類 45
1.17 對數空間類 49
1.18 多項式空間類 52
1.19 對數空間的補封閉性 55
1.20 TIME(T(n))=SPACE(T(n)) 嗎 58
第 1 章練習 63
第 2 章 難解性 65
2.1 可驗證性 66
2.2 NP-完全性 68
2.3 庫克-萊文定理 69
2.4 拉德納定理 73
2.5 貝克-吉爾-索羅維定理 76
2.6 多項式譜系 78
2.7 譜系的邏輯刻畫 80
2.8 譜系的交替機刻畫 82
2.9 無限譜系假設 86
2.10 第二層中的完全問題 87
第 2 章練習 91
第 3 章 電路復雜性 93
3.1 電路譜系定理 96
3.2 一致電路 101
3.3 P/poly 103
3.4 並行計算 105
3.5 P-完全性 109
3.6 哈斯塔德對換引理 111
第 3 章練習 117
第 4 章 隨機計算與去隨機 119
4.1 隨機算法 121
4.2 通用哈希函數族 136
4.3 概率圖靈機 139
4.4 BPP 與 ZPP 141
4.5 PP 與 #P 146
4.6 積和式計算 151
4.7 戶田定理 155
4.8 隨機游走 159
4.9 蒙特卡羅方法 172
4.9.1 近似採樣 175
4.9.2 馬爾可夫鏈蒙特卡羅方法 185
4.9.3 均混時間 188
4.10 擴張圖與去隨機 195
4.10.1 線性代數相關知識 196
4.10.2 圖的譜 200
4.10.3 擴張圖 207
4.10.4 擴張圖上的隨機游走 215
4.11 擴張圖的構造 219
4.11.1 擴張圖的構造算子 220
4.11.2 固定大小擴張圖構造 226
4.11.3 顯式擴張圖族 228
4.12 萊因戈爾德定理 231
第 4 章練習 234
第 5 章 交互證明系統 236
5.1 私幣交互證明 239
5.2 公幣交互證明 244
5.3 IP = PSPACE 252
5.4 兩類系統的等價性 257
5.5 多證明者交互證明系統 262
5.5.1 定義 263
5.5.2 NEXP 的多證明者協議 268
5.6 多線性性測試算法 273
5.7 並行重復定理 279
5.7.1 統計距離、詹森不等式、相對熵 282
5.7.2 隨機變量的近似嵌入 289
5.7.3 博弈的近似生成 293
5.7.4 證明的最後一步 297
5.8 單回合雙證明者交互系統 298
第 5 章練習 302
第 6 章 近似計算與不可近似性 304
6.1 近似算法 307
6.2 不可近似性 324
6.3 局部可驗證性與不可近似性 327
6.4 錯誤放大 331
6.5 證明思想 334
6.6 線性增強 339
6.7 線性歸減 343
6.8 PCP 定理的證明 345
6.9 布爾函數的分析技術 346
6.9.1 傅里葉展開式 348
6.9.2 捲積定理 350
6.9.3 BLR-測試 351
6.9.4 長碼 353
6.10 哈斯塔德 3-比特 PCP-定理 357
6.10.1 哈斯塔德驗證器 359
6.10.2 哈斯塔德算法的可靠性 361
6.11 閾值定理 364
第 6 章練習 369
參考文獻 370
定理索引 371
圖索引 373
術語索引 374
