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diff --git a/content/tgi.tex b/content/tgi.tex index c29912a..45b33d6 100644 --- a/content/tgi.tex +++ b/content/tgi.tex @@ -70,7 +70,7 @@ Eine Sprache $L \subseteq \Sigma^*$ ist \emph{rekursiv-aufzählbar / semi-entsch \spacing -Eine Funktion $f : \Sigma^* \to \Gamma^*$ ist \emph{(Turing)-berechenbar / totalrekursiv}, wenn es eine TM gibt, die für $w \in \Sigma^*$ das Wort $f(w) \in \Gamma^*$ ausgibt. +Eine Funktion $f : \Sigma^* \to \Gamma^*$ ist \emph{(Turing)-berechenbar / totalrekursiv}, wenn es TM gibt, die für $w \in \Sigma^*$ das Wort $f(w) \in \Gamma^*$ ausgibt. \spacing @@ -130,6 +130,18 @@ $L_d$ und $L_d^c$ sind nicht entscheidbar. $\mathcal{H}$ ist nicht entscheidbar. +\subsubsection*{Post'sches Korrespondenzproblem} + +Sei $K := ((x_1,y_1),\dots,(x_n,y_n))$ endliche Folge von Wortpaaren über $\Sigma$ mit $x_i, y_i \neq \epsilon$. + +\spacing + +Gesucht ist Indizesfolge $i_1,\dots,i_j \in \{1,\dots,n\}$ s.d. $x_{i_1}\dots x_{i_k} = y_{i_1}\dots y_{i_k}$ gilt. + +\spacing + +Das PKP ist nicht entscheidbar. + \subsubsection*{Universelle Sprache} \[ L_u := \{ wv | v \in L(T_w) \} \] @@ -198,7 +210,7 @@ Prüfe ob Knotenfärbung mit max. $K$ Farben ex. \emph{3COLOR} ist $\NP$-vollständig. -\subsubsection*{EXACT COVER} +\subsubsection*{Mengenabdeckung (EXACT COVER)} Sei $X$ endl. Menge und $\mathcal{S}$ Familie von Teilmengen. @@ -206,7 +218,7 @@ Prüfe ob $\mathcal{S}' \subseteq \mathcal{S}$ ex. s.d. $\forall a \in X \exists \emph{EXACT COVER} ist $\NP$-vollständig. -\subsubsection*{SUBSET SUM} +\subsubsection*{Teilmengensumme (SUBSET SUM)} Sei $M$ endl. Menge, $w : M \to \N_0$ und $K \in \N_0$. @@ -214,7 +226,7 @@ Prüfe ob $M' \subseteq M$ ex. s.d. $\sum_{a \in M'} w(a) = K$. \emph{SUBSET SUM} ist $\NP$-vollständig. -\subsubsection*{PARTITION} +\subsubsection*{Mengenpartitionierung (PARTITION)} Sei $M$ endl. Menge und $w : M \to \N_0$. @@ -222,7 +234,7 @@ Prüfe ob $M' \subseteq M$ ex. s.d. $\textstyle\sum\limits_{a \in M'} w(a) = \te \emph{PARTITION} ist $\NP$-vollständig. -\subsubsection*{KNAPSACK} +\subsubsection*{Rucksackproblem (KNAPSACK)} Sei $M$ endl. Menge, $w : M \to \N_0$ Gewichtsfkt., $c : M \to \N_0$ Kostenfkt. und $W,C \in \N_0$. @@ -240,6 +252,9 @@ $co-\P$: $\Sigma^* \setminus L$ für $L \subseteq \Sigma^*$ und $L \in \P$. $co-\NP$: $\Sigma^* \setminus L$ für $L \subseteq \Sigma^*$ und $L \in \NP$. +\subsubsection*{Graphenisomorphie} + +Prüfen von Graphen auf Isomorphie liegt in $\NP$ und $co-\NP$, ist Kandidat in $\NPI$ zu liegen. \subsection*{Suchprobleme} @@ -285,6 +300,55 @@ Prüfe ob $x_i, \dots, x_n \in \N_0$ ex. s.d. $\sum_{j=1}^n c_j \cdot x_j = B$ u \emph{INTEGER PROGRAMMING} ist $\NP$-schwer. +\subsection*{Pseudopolynomiale Algorithmen} + +Ein Algorithmus ist \emph{pseudopolynomial}, wenn er bei Unärkodierung polynomial in Eingabelänge ist. + +\spacing + +Für KNAPSACK gibt es einen pseudopolynomialen Lösungsalgorithmus. + +Falls $\P \neq \NP$ gilt, gibt es für TSP keinen pseudopolynomialen Lösungsalgorithmus. + +TSP ist \emph{stark $\NP$-vollständig}. + +\subsection*{Approximationsalgorithmen} + +Polynomiale Algorithmen für $\NP$-vollständige Optimierungsprobleme, deren Ausgabe nicht optimal aber beweisbar gut ist. + +\spacing + +Dazu wird die Güte einer worst-case Lösung $\mathcal{A}(I)$ von Algorithmus $\mathcal{A}$ für $\Pi$ mit der Optimallösung $OPT(I)$ für $I \in D_\Pi$ verglichen. + +\subsubsection*{Absolute Approximationsalgorithmen} + +Sei $\Pi$ Optimierungsproblem. + +Polynomialer Algorithmus $\mathcal{A}$ ist \emph{Approximationsalgorithmus mit Differenzengarantie} oder \emph{absoluter Approximationsalgorithmus}, wenn für $K \in \N_0$ gilt: + +\vspace*{-2mm} +\[ \forall I \in D_\Pi : | OPT(I) - A(I) | \leq K \] + +Für $\NP$-schweres KNAPSACK gibt es vermutlich keinen absoluten Approximationsalgorithmus. + +Falls $\P \neq \NP$ gibt es für KNAPSACK, CLIQUE definitiv keinen absoluten Approximationsalgo. + +\subsubsection*{Relative Approximationsalgorithmen} + +Sei $\Pi$ Optimierungsproblem und $\mathcal{R_A}$: + +\vspace*{-4mm} +\[ \mathcal{R_A}(I) := \begin{cases} \frac{\mathcal{A}(I)}{OPT(I)} & \Pi \text{ ist Minimierungsproblem} \\ \frac{OPT(I)}{\mathcal{A}(I)} & \Pi \text{ ist Maximierungsproblem} \end{cases} \] + +Polynomialer Algorithmus $\mathcal{A}$ ist \emph{Approximationsalgo. mit relativer Gütegarantie}, falls für $K \in \N$ gilt: + +\vspace*{-2mm} +\[ \forall I \in D_\Pi : \mathcal{R_A}(I) \leq K \] + +$\mathcal{A}$ ist \emph{$\epsilon$-approximativ}, wenn: + +\vspace*{-2mm} +\[ \forall I \in D_\Pi : \mathcal{R_A}(I) \leq 1 + \epsilon \] \section*{Chomsky-Hierarchie} |