P问题、NP问题、NP-C问题、NP-H问题简介

本文深入解析了计算机科学中P、NP、NP-C与NP-H问题的概念,阐述了它们之间的区别与联系,以及在复杂性理论中的重要地位。P问题是指在多项式时间内可解决的决策问题;NP问题则能在多项式时间内验证解的存在;NP-C问题是最具代表性的NP问题,所有NP问题可约化为其;NP-H问题比NP-C更广泛,包含所有可由NP-C问题约化的难题。

P(Polynomial)问题:在多项式时间内可以解决的所有决策问题的集合。也就是说,对于一个问题可以在多项式时间内确定是“是”还是“否”。

NP(Non-deterministic Polynomial)问题:NP问题不是非P问题,而是可以在多项式时间内验证一个解或者在多项式时间内可猜出一个解的问题的集合。NP问题将问题分为求解和验证两个阶段,问题的求解是非确定性的,无法在多项式时间内得到答案,而问题的验证却是确定的,能够在多项式时间里确定结果。

NP-C(Non-deterministic Polynomial complete problem)问题:也叫NP完全问题,NP-C问题是一类特殊的NP问题的集合。其他NP问题Y可以在多项式时间内约化为NP-C问题X。这意味着如果我们知道如何快速解出X,就能快速解出Y。所有NP问题都可以约化为3-SAT问题。NP-C问题需要满足两个条件:1.它是一个NP问题。2.所有的NP问题都可以约化到它。

NP-H(Non-deterministic Polynomial hard problem)问题:也叫NP困难问题,NP-H问题不一定是NP问题,也不一定是决策问题。NP-H问题满足NP-C问题的第二个条件,但是不满足第一个条件。由约化的传递性,我们可以这么定义:如果一个NP-C问题Y在多项式时间内可约化为问题X,则问题X称为NP-H问题。而由于任意NP-C问题可以在多项式时间内约化为任意NP-C问题,因此所有NP-C问题同时也是NP-H问题。如果一个NP-H问题在多项式时间内有一个解,那么所有NP问题在多项式时间内都有一个解。

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