P、NP、NPC、和NP-Hard相关概念

一、相关概念
     P: 能在多项式时间内解决的问题

NP: 不能在多项式时间内解决或不确定能不能在多项式时间内解决,但能在多项式时间验证的问题

NPC: NP完全问题,所有NP问题在多项式时间内都能约化(Reducibility)到它的NP问题,即解决了此NPC问题,所有NP问题也都得到解决。

NP hard:NP难问题,所有NP问题在多项式时间内都能约化(Reducibility)到它的问题(不一定是NP问题)。

二、四者联系的图形表示

将四种问题用集合表示,它们的关系图1所示。

《P、NP、NPC、和NP-Hard相关概念》

图1 P NP NPC NPhard关系的图形表示

说明:

  1. P问题属于NP问题,NPC问题属于NP问题。

  2. NPC问题同时属于NP hard问题,是NP与NPhard的交集。

三、进一步解释

1、p类问题:如果一个问题可以找到一个能在多项式的时间里解决它的算法,那么这个问题就属于P问题。我们常见到的一些信息奥赛的题目都是P问题。

2、NP问题:NP问题是指可以在多项式的时间里验证一个解的问题。NP问题的另一个定义是,可以在多项式的时间里猜出一个解的问题。所有的P类问题都是NP问题。也就是说,能多项式地解决一个问题,必然能多项式地验证一个问题的解——既然正解都出来了,验证任意给定的解也只需要比较一下就可以了。

3、NPC问题:

(1)约化:简单地说,一个问题A可以约化为问题B的含义即是,可以用问题B的解法解决问题A,或者说,问题A可以“变成”问题B。

“问题A可约化为问题B”有一个重要的直观意义:B的时间复杂度高于或者等于A的时间复杂度。 很显然,约化具有一项重要的性质:约化具有传递性。如果问题A可约化为问题B,问题B可约化为问题C,则问题A一定可约化为问题C。这个道理非常简单,就不必阐述了。

现在再来说一下约化的标准概念就不难理解了:如果能找到这样一个变化法则,对任意一个程序A的输入,都能按这个法则变换成程序B的输入,使两程序的输出相同,那么我们说,问题A可约化为问题B。

(2)NPC问题:

NPC问题的定义非常简单。同时满足下面两个条件的问题就是NPC问题。首先,它得是一个NP问题;然后,所有的NP问题都可以约化到它。证明一个问题是 NPC问题也很简单。先证明它至少是一个NP问题,再证明其中一个已知的NPC问题能约化到它(由约化的传递性,则NPC问题定义的第二条也得以满足;至于第一个NPC问题是怎么来的,下文将介绍),这样就可以说它是NPC问题了。
4、NP-Hard问题:

 NP-Hard问题。NP-Hard问题是这样一种问题,它满足NPC问题定义的第二条但不一定要满足第一条(就是说,NP-Hard问题要比 NPC问题的范围广)。

 

 

点赞