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未解決問題、応用数学と計算数学、2002年に提起

ユニークゲーム予想

未解決

任意の ε>0\varepsilon > 0 に対してあるアルファベットサイズ k=k(ε)k = k(\varepsilon) が存在し、サイズ kk のアルファベット上のユニークラベル被覆インスタンス(2変数 u,vu, v 間の各制約が全単射 πu,v:[k]→[k]\pi_{u,v} : [k] \to [k] であるもの)が与えられたとき、制約の少なくとも 1−ε1 - \varepsilon の割合を満たすラベル付けが存在するか、それともいかなるラベル付けも制約の ε\varepsilon の割合より多くを満たさないかを判定することはNP困難である。

研究の最前線 2026年時点

2026年時点で、11-対-11 制約を持つ完全なユニークゲーム予想は未解決のままである。2018年のホット、ミンツァー、サフラによる 22-対-22 ゲーム予想の解決は、充足率が (1/2−ε)(1/2 - \varepsilon) のユニークゲームと ε\varepsilon のものを区別することのNP困難性を証明し、頂点被覆問題に対する 2\sqrt{2} 付近の無条件近似困難性をもたらしたが、完全性を 1/21/2 から 1−ε1 - \varepsilon へ引き上げるギャップの解消が依然として中心課題である。

既知の最良の結果

  • 22-対-22 ゲーム定理(ホット–ミンツァー–サフラ 2018年)により、任意の ε>0\varepsilon > 0 に対して、値が少なくとも 1/2−ε1/2 - \varepsilon のユニークゲームのインスタンスと高々 ε\varepsilon のものを区別することはNP困難であることが証明されている。
  • 準指数時間アルゴリズム(アローラ–バラク–シュトイラー 2010年)は、スペクトルグラフ分割とラセール/二乗和(SoS)階層を用いて、完全性 1−ε1 - \varepsilon のユニークゲームを時間 exp⁡(k⋅nεO(1))\exp(k \cdot n^{\varepsilon^{O(1)}}) で解く。

使われた手法と限界

手法達成したこと限界
ブール超立方体上の離散フーリエ解析と「多数決関数が最も安定(Majority Is Stablest)」定理独裁者テストを通じて、ユニークゲーム予想を最大カットやMax-2SAT、一般の制約充足問題に対するタイトな近似困難性境界へと変換するUGCを仮定した条件付きの困難性を示すものであり、ユニークゲーム自体のNP困難性を証明するものではない
グラスマン・グラフのエクスパンションと非可換フーリエ解析ズームイン・ズームアウト構造によりグラスマン・グラフの非エクスパンション集合を特徴付け、22-対-22 ゲーム予想を証明した22-対-22 制約から 11-対-11 の全単射制約へ帰着する際に完全性に本質的に 22 倍の損失が生じ、完全性 1/2−ε1/2 - \varepsilon で止まってしまう

未解決の問い

  • 任意の ε>0\varepsilon > 0 に対して完全性 1−ε1 - \varepsilon のユニークゲーム予想が成り立つか、それとも充足率 (1−ε)(1 - \varepsilon) のインスタンスと ε\varepsilon のものを区別する多項式時間アルゴリズムが存在するか。

参考文献

  1. Subhash Khot (2002). On the power of unique 2-prover 1-round games · DOI:10.1145/509907.510017
  2. Subhash Khot, Guy Kindler, Elchanan Mossel, Ryan O'Donnell (2007). Optimal inapproximability results for MAX-CUT and other 2-variable CSPs? · DOI:10.1137/S0097539705447372
  3. Prasad Raghavendra (2008). Optimal algorithms and inapproximability results for every CSP? · DOI:10.1145/1374376.1374414
  4. Subhash Khot, Dor Minzer, Muli Safra (2023). Pseudorandom sets in Grassmann graph have near-perfect expansion · DOI:10.4007/annals.2023.198.1.1