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什么是P问题、NP问题、NPC问题或NP-hard问题?
判定问题Decision problem
判定问题也称之为决定性问题,即是非问题,就是对于给定输入,要输出Yes或者No。
比如判定一个自然数是不是质数,这就是一个判定问题。
比如给定输入整数A和B,要求判定A是否能被B整除。
这个判断方法(上图中的算法Algorithm)就称之为决定程序Decision procedure,在计算机编程中就是一个函数或者方法。
如果一个判定问题存在一个能够有效解决的算法,那么就说这个问题是可被判定的Decidable。否则就称之为不可判定的Undecidable。
递归集合Recursive set
对于一个自然数组成的集合N,给定任意一个输入数字A,如果存在一种算法可以在有限的时间内判定数字A是否属于集合N,那么就说这个集合是个递归集合。
递归集合,可判定集合举个例子,所有素数的集合就是一个递归集合,这并不是说我们可以把所有素数都完整的列出来,而是说我们可以写一个计算机程序来判定任何一个给定的自然数n是否是素数。
这个程序的算法可以是让n分别除以2,3,4,...(n-1),检查是否能整除。如果其中有一个能整除话n就不是素数,输出结果No。如果都不能整除的话就输出Yes,是素数。
注意这里,因为n是确定的,那么2到n-1也是有限的个数,所以我们的算法一定能算完。虽然我们的算法性能很差(其实只要检查2到根号n就可以),但这无所谓,因为我们只是要找到一个可以解决问题的算法,而不是要找最优算法。
递归可枚举集合Recursively enumerable set
对于另外一些集合S(也是自然数组成的),只存在那种可以判断某个数字属于这个集合的算法,但这个算法无法对某个数字做出否定判断(不属于S)的算法。对这样的情况我们称之为半可判定集合Semidecidable set或递归可枚举集合Recursively enumerable set(RE)。
半可判定集合,递归可枚举集合这相当于说,如果数字x
在集合S中,f(x)
可以输出Yes,但如果x
不在S中,那么f(x)
将无法输出结果(永无休止的计算,永远没有结果)。
举个例子,所有相邻素数的差组成的集合R,类似[3-2=1,5-3=2,11-7=4,29-23=6,907-887=20...],即[1,2,4,20...],这个集合也是无限的,但我们可以尝试编写一个程序来判断n是否属于这个集合R:
- 逐个检查1,1+1,1+2,1+3,...,1+n每个数字是否素数
- 如果只有1和1+n是素数,其他都不是,那么n肯定属于集合R,停止并返回Yes
- 如果除了1和1+n之外中间还有其他素数,那么就检查2,2+1,2+2,2+3,...2+n每个数字是否是素数,以此类推,反复循环,如果除了2和2+n之外中间还有其他素数就开始检查3,3+1,3+2,3+3,...3+n...
对于这个算法,如果n=4的话很快就可以结束并返回Yes,但如果n=5那这个程序就永远不会结束。——实际上我们知道任意素数一定是奇数,奇数之差一定是偶数,5肯定不属于R。
如果n真的在R里面,我们的程序就一定能输出Yes,但如果n实际上不在R里面,我们的程序就只能不停地运行下去,不会输出任何结果。
<未完待续>
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