Theoretische Grundlagen der Informatik – 8. Tutorium

Tagesthemen

Turing-Reduzierbarkeit

Sei \Sigma ein Alphabet, L \subseteq \Sigma^* und O ein magisches Gerät (Orakel), das für jedes Wort w \in \Sigma^* in konstanter Zeit entscheiden kann, ob w \in L. Eine Turingmaschine, deren Zustandsübergangsfunktion mitilfe von O berechnet wird, heißt Orakel-Turingmaschine.

Seien A und B Sprachen. A ist (polynomiell) Turing-reduzierbar auf B genau dann wenn A (in polynomiell vielen Schritten) von einer Orakel-Turingmaschine entschieden werden kann, die ein Orakel für B benutzt.

Man schreibt diesfalls A \leq_t B.

\mathcal{NP}-Härte

Eine Sprache L ist \mathcal{NP}-hart, wenn L' \leq_t L für alle L'\in\mathcal{NP}.

Pseudopolynomielle Algorithmen

(Aus der Vorlesung)

Sei \Pi ein Optimierungsproblem. Ein Algorithmus, der Problem \Pi löst, heißt pseudopolynomiell, falls seine Laufzeit durch ein Polynom der beiden Variablen Eingabegröße und Größe der größten in der Eingabe vorkommenden Zahl beschränkt ist.

Starke \mathcal{NP}-Vollständigkeit

Informell: Falls die Entscheidungssprache trotz unärer Kodierung \mathcal{NP}-vollständig bleibt, heißt sie stark\mathcal{NP}-vollständig.

Falls \mathcal{P} \neq \mathcal{NP} so gibt es für die zu den stark \mathcal{NP}-vollständigen Entscheidungssprachen gehörenden Entscheidungsprobleme keine pseudopolynomiellen Algorithmen.

Approximationsalgorithmen

Absolute Gütegarantie

Ein Approximationsalgorithmus \mathcal{A} für ein Problem \Pi hat eine absolute Gütegarantie, genau dann wenn \exists k \in \mathbb{N}_0: \forall I \in \Pi: |\mathcal{A}(I) - \opt(I)| \leq k .

Relative Güte

Sei \Pi ein Problem uns \mathcal{A} ein Approximationsalgorithmus für \Pi. Für eine Instanz I von \Pi bezeichnet R_\mathcal{A}(I) = \max \{ \frac{\mathcal{A}(I)}{\opt(I)}}, \frac{\opt(I)}{\mathcal{A}(I)}} \} \geq 1 die relative Güte der von \mathcal{A} berechneten Lösung.

Relative Gütegarantie

Ein Approximationsalgorithmus \mathcal{A} für ein Problem \Pi heißt \epsilon-approximativ für \epsilon \geq 0, genau dann wenn \forall I \in \Pi: R_\mathcal{A}(I) \leq 1 + \epsilon.

Vorsicht: Alternative Definitionen!

Relative asymptotische Güte

Sei \Pi ein Problem und \mathcal{A} ein Approximationsalgorithmus für \Pi.

Die asymptotischische relative Güte von \mathcal{A} ist definiert als R_\mathcal{A}^\infty = \inf \{ r \in \mathbb{R}: \exists n \in \mathbb{N}: \forall I \in \Pi: \opt(I) \geq n \Rightarrow R_\mathcal{A}(I) \leq r \} \geq 1.


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