P问题、NP问题、NP完全问题和NP难问题概念梳理

本文深入探讨了计算机科学中的P、NP、NPC和NPH问题的概念。P类问题拥有多项式时间解决方案,而NP问题能在多项式时间内验证解。P=NP问题尚未解决,其核心是询问NP问题是否都能转换为P类问题。NPC问题作为NP问题的子集,若找到其多项式解决方案则证明P=NP。NPH问题则指所有NP问题都能约化到的问题,但不一定是NP问题。P=NP问题至今未解,对计算机科学理论至关重要。

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非"正规"问题

  • 不可解问题:不存在解决算法的问题
    例子:停机问题
  • 不可能有复杂度O(多项式)问题
    例子:输出从1到n这n个数的全排列(因为把结果打印出来也是O(n!)的复杂度)

"正规"问题

正规的问题是让程序解决一个问题

  • 输出一个“YES”或“NO”(这被称为判定性问题)
  • 输出一个什么什么的最优值(这被称为最优化问题)。
    在这里插入图片描述

P | NP

  • P类问题:存在多项式时间算法的问题。
    算法程序(O(多项式))->问题解
  • NP类问题:可以在多项式的时间内验证一个解的问题。
    猜测解->验证程序(O(多项式))->Yes(猜测解是问题解)/No(猜测解不是问题解,选择另外的猜测解)

很显然,P类问题是NP类问题,P类问题的验证程序可以这样设计,显然验证程序属于O(多项式)。

验证程序(猜测解):
	算法程序->问题解
	return 问题解==猜测解

P=NP问题其实探讨的就是P类问题和NP类问题的关系,由前面我们知道P类问题是NP类问题,但是我们仍不知道NP类问题是不是P类问题。为什么这个意义很大呢?

举个例子,比特币的工作量证明很明显是NP问题,验证解只需要哈希一下。

比特币的工作量证明隐含着P≠NPP\neq NPP̸=N<

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