Articulo de referencia

Problema de colisión

El problema de colisión r-a-1 es un problema teórico importante en la teoría de la complejidad , la computación cuántica y las matemáticas computacionales . El problema de colis...

El problema de colisión r-a-1 es un problema teórico importante en la teoría de la complejidad , la computación cuántica y las matemáticas computacionales . El problema de colisión se refiere con mayor frecuencia a la versión 2-a-1: [ 1 ] dadonorte{\displaystyle n}incluso y una funciónF:{1,,norte}{1,,norte}{\displaystyle f:\,\{1,\ldots ,n\}\rightarrow \{1,\ldots ,n\}}, se nos promete que f es uno a uno o dos a uno. Solo se nos permite hacer consultas sobre el valor deF(i){\displaystyle f(i)}para cualquieri{1,,norte}{\displaystyle i\in \{1,\ldots ,n\}}El problema plantea entonces cuántas consultas de este tipo necesitamos realizar para determinar con certeza si f es biyectiva o biyectiva.

Soluciones clásicas

Determinista

Resolver la versión 2 a 1 de forma determinista requierenorte2+1{\textstyle {\frac {n}{2}}+1}consultas y, en general, distinguir las funciones r-a-1 de las funciones 1-a-1 requierenorter+1{\textstyle {\frac {n}{r}}+1}consultas.

Esta es una aplicación directa del principio del palomar : si una función es r-a-1, entonces despuésnorter+1{\textstyle {\frac {n}{r}}+1}En las consultas, tenemos la garantía de haber encontrado una colisión. Si una función es uno a uno, entonces no existe ninguna colisión. Por lo tanto,norter+1{\textstyle {\frac {n}{r}}+1}Las consultas son suficientes. Si tenemos mala suerte, entonces la primeranorte/r{\displaystyle n/r}Las consultas podrían devolver respuestas distintas, por lo quenorter+1{\textstyle {\frac {n}{r}}+1}Las consultas también son necesarias.

Aleatorizado

Si permitimos la aleatoriedad, el problema es más fácil. Por la paradoja del cumpleaños , si elegimos consultas (distintas) al azar, entonces con alta probabilidad encontraremos una colisión en cualquier función fija de 2 a 1 después deΘ(norte){\displaystyle \Theta ({\sqrt {n}})}consultas.

Solución cuántica

El algoritmo BHT , que utiliza el algoritmo de Grover , resuelve este problema de forma óptima haciendo soloO(norte1/3){\displaystyle O(n^{1/3})}consultas a f . El límite inferior correspondiente deΩ(norte1/3){\displaystyle \Omega (n^{1/3})}Fue demostrado por Aaronson y Shi utilizando el método polinomial. [ 2 ]

Referencias

  1. Scott Aaronson (2004). "Límites de la computación eficiente en el mundo físico" (PDF) .
  2. Aaronson, Scott; Shi, Yaoyun (2004). "Límites inferiores cuánticos para los problemas de colisión y distinción de elementos" . Journal of the ACM . 51 (4): 595– 605. doi : 10.1145/1008731.1008735 . ISSN 0004-5411 .