解法:黄皓用带符号超立方体邻接矩阵证明敏感度猜想(2019年)
通俗地说
布尔函数 接收 个比特输入并输出一个比特。它的敏感度 衡量在最坏输入下翻转单个比特能改变多少次输出,而它的次数 衡量将 写成多项式时的复杂程度。1992年,尼桑与塞格迪提出: 很小的函数是否必然 也很小。
详细分析
这一重述建立在超立方体图 的两个经典事实之上:它的 个顶点是 中的二进制串,当且仅当两串恰好相差一个坐标时连边。对布尔函数 ,在输入 处的敏感度统计 在 中使 改变取值的邻居数,故 恰好是水平集 与 之间诱导的二部子图的最大度。Nisan 与 Szegedy(1992)证明 与 同其他所有标准复杂度度量(决策树深度、证书复杂度、块敏感度 )均多项式相关,唯独二者之间的关系未决,并提出猜想:存在常数 使 。
图论等价形式此前已被定量刻画:Chung、Füredi、Graham 与 Seymour(1988)证明 中任意至少有 个顶点的诱导子图 满足 ;他们还通过取全零串为中心的球,构造出恰有 个顶点、且 的诱导子图。Huang 的定理 1.1 断言传式中的界 ,把存在三十年之久的 与 之间的缺口完全闭合,且与该构造精确吻合,因而是最优常数。
由于命题只涉及最大度,人们或许期待纯组合证明;出人意料的是,最优界来自对一个巧妙带符号的邻接矩阵作线性代数分析,由接下来四步组装完成。
- 布尔函数
- 以 个比特为输入并输出一个比特的函数 。
- 敏感度
- 在某个输入 处,能改变 取值的单比特翻转的最大次数,并对所有输入 取最大值。
- 次数
- 每个布尔函数都等于关于其 个输入比特的唯一多重线性实系数多项式; 就是该多项式的次数。
- 诱导子图
- 给定图 的顶点子集 ,诱导子图恰好保留 中两端点都在 内的边。