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定理証明済み

クック・レヴィンの定理

内容

ブール充足可能性問題(SAT)はNP完全である:SATはNPに属し、NPに属するあらゆる言語は多項式時間でSATへ帰着できる。したがって、SATが多項式時間で解ければ P = NP となる。

なぜ正しいのか?

NP問題とは、提案された解を素早く検証できる問題のことであり、それを見つけること自体は難しいかもしれない。SAT——あるブール式を真にできるかどうかを判定する問題——は数ある問題の中の一つの具体的なパズルに見えるが、実は『万能翻訳機』であることが判明する:任意のNP問題の任意の候補解を検証する任意の多項式時間検証器の計算は、段階的に、有効な解が存在するときにだけ充足可能となるブール式として符号化できる。したがってSATはNPのあらゆる問題と同じくらい難しい。

証明の概略

任意の言語 L∈NPL \in \mathrm{NP} に対し、多項式時間検証器のチューリング機械と実行時間の多項式上界を固定する。長さ nn の入力上でのその機械の計算全体を、各時刻ステップと各テープセルについて、書き込まれた記号・ヘッド位置・機械の状態を記録する大きなブール変数の格子として符号化する。節は次を強制する:各セル・ステップにつき記号・状態はちょうど一つ、初期配置が正しい、連続する時刻ステップ間の遷移規則が正しい、そして最終的に受理状態に達する。この節の連言は、受理計算が存在するとき、すなわち入力が LL に属するときにのみ充足可能であり、そのサイズは nn の多項式であるため、LL からSATへの多項式時間帰着を与える。

提示者

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ステップごとの証明

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参考文献

  1. Stephen A. Cook (1971). The complexity of theorem-proving procedures
  2. Michael R. Garey, David S. Johnson (1979). Computers and Intractability: A Guide to the Theory of NP-Completeness