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七大数学难题1: 能不能行问题 (P=NP?)

(2006-06-04 18:48:32) 下一个



    难题一: P=NP?问题 (NP完全问题)

什么是P=NP?问题,用我的话说,"有些是只能意会,不能言传",那请问,"都哪些事是只能意会,不能言传呢?" 或者同一问题的另一种问法"都哪些是又可意会,又能言传呢?"---这两个问法实际上是一会事,数学家和计算机科学家搞了60年,就希望能知道这个答案.你一看就知道,这个"能不能问题",确实很难! 连说都说不清楚,怎么可以用数学表述清楚?

P为多项式算法问题, NP为非多项式算法问题, 具有确定性多相式时间算法的问题类P是否等于有非确定性多相式时间算法的问题类NP

这就是“可计算性里最著名的NP问题,其全称为”NP完全问题”(NP COMPLETE),一般写作: NP=P?问题。这个问号表明: 到底是NP等於P,还是NP不等於P
     
由于计算机科学的飞速发展, 可计算性数学的复杂性问题成为诸多数学分支中最为活跃的领域. 其实用性是建立任何一个完整计算系统或证明系统的基础性问题很多可计算/证明问题的复杂性都可以描述为NP问题. 因此NP=P?问题列为七大问题之首就不难理解了。

NP问题: Non-deterministic Polynomial问题, 指的是多项式复杂性的非确定性问题

很多可计算/证明问题的复杂性都可以描述为NP问题, 即问题的复杂性都可以描述/变换为多项式的复杂性

可计算问题的确定性:  比如加减乘除之类,你只要按照公式推导,按部就班一步步来,就可以得到结果。
    
可计算问题的非确定性: 有些计算问题是无法按部就班直接地计算出来。如,找出大质数的问题, 就找不出一个公式,你一套,就可以推算出下一个质数. 那么找这个公式的难度或/和找下一个质数的难度是不确定的。这种无法直接计算, 只能通过间接的猜算来得到结果的问题, 就叫非确定性问题。

确定性问题分为两种: 对这些不确定的问题,通常存在一个算法.虽然该算法不能直接告诉你答案,但可以告诉你某个可能"猜"来的结果是正确还是错误。如果这个猜算答案正确与否的算法,可以在多项式时间内算出来,就叫做"多项式非确定性问题"。如果该问题的所有可能答案,都可以在多项式时间内进行正确与否的计算,那么这个问题就叫"完全多项式非确定问题"。

般来说,"完全多项式非确定性问题"可以用穷举法得到答案,只要你一个一个的算下去,最终都能得到所有的结果。但这些算法的复杂程度,是指数性的.也就是说,计算的时间随着问题的复杂程度成指数性增长,因而变得不可计算了


十多年来,数学家和计算机科学家证明了:"所有的完全多项式非确定性问题,都可以转换为一类可满足问题的逻辑演算问题"。而"可满足问题的逻辑演算问题的所有可能答案,都可以在多项式时间内计算",於是就猜想,"是否这类问题存在一个确定性算法,可以在指数时间内直接算出或是搜寻出正确的答案?"这就是著名的NP=P?猜想


过去五十多年,为了解决NP=P?猜想,数学家和计算机科学家走了两条途径:一是找到一个算法,它是针对某个特定NP完全问题的.找到这个算法,所有这类问题都可解决了,因为所有NP完全问题可以转化为同一个问题。多数计算机科学家走的都是这条路.另一种,是认为这种算法不存在。那么就要从数学理论上证明它为什么不存在。 很多数学家都走这条路


前两年几个印度数学家提出了一个新算法,可以在多项式时间内证明某个数是或者不是质数,打破了人们一直以为质数的证明是非多项式问题。

PNP问题,多少数学家和计算机科学家把毕生精力都献上了. 我国最早的一代可计算性问题专家从80年代初就和国际的发展同步了. 80年代中取得过一些成果. 时至今日, 再无建树. 可见问题的难度, 应该说, 你觉得有多难---只要你想得出来, 它就有多难。

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* 在中国, 每个学科有它的最高学术杂志, 称作"xxx学报", 象"数学学报"就是数学界的最高学报,而"代数学报"是数学界代数领域的最高学报...; "物理学报"就是物理学界的最高学报, "量子物理学报"就是物理学界量子领域的最高学报....那么比各个学界的学报还要高的是"中国科学"---它是中国自然科学界的最高学报.

一般来说,每个学界的学报每月一期, 每期学报有10篇文章. 那么该学界每年有120篇.
而"中国科学"每三个月出一期,每期学报有10篇文章, 每篇文章来自不同的学界: 一篇数学, 一篇物理, 一篇化学,.... 可见, 全年数学每年最多四篇. 每篇须三个以上学部委员审核签署.

1986年, "中国科学"有两篇是关于"可计算性问题的复杂性的". 那都是83, 84, 85研究的结果.
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