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中国科学家破解“背包问题”复杂度之谜 发现计算速度极限
北京5月27日电 (记者 孙自法)“背包疑问”是计算机科学中经典的NP完全疑问(非肯定性图灵机多项式复杂度求解的决策疑问)之一,其相干探索长期以来备受科学家关心。
记者5月27日从中国科学院金属探索所获悉,该所张志东探索员近日在计算机科学根基学说范畴取得一项突破性进展,首次准确肯定了“背包疑问”的计算复杂度下限,通俗而言就是发觉计算速度极限。
张志东探索员科普解读说,“背包疑问”假设你有一个容量有限的背包,面前摆着N件价值不同、重量各异的物品,如何挑选物品组合才能使总价值最大化?这个看似简单的挑选疑问,实则暗藏计算玄机:当物品数量超过必定体量后,纵使应用最先进计算机也必要耗费天文数字时间求解,而“计算复杂度下限”就是解答疑问所需的最少时间。
在现实生存中,包含在物流运输范畴如何提升集装箱装载方案、在金融投资范畴如何构建收益最大化的投资组合、原料科学范畴如何寻找最优原子排列方式等,都涉及“背包疑问”。
中国科学院金属探索所介绍,在10余年三维伊辛模型探索工作的根基上,张志东探索员此次树立起“背包疑问”与自旋玻璃三维伊辛模型的联系,根据两个疑问的联系肯定“背包难题”的计算复杂度的下限。
他经由把每个物品的挑选(取或不取)对应为微观粒子的两种自旋情形,将价值最大化疑问转化为寻找平台最低能量情形,发觉“断然极小中心模型”,揭示计算复杂度的本源来自三维晶格中自旋排列的尤其拓扑构造。
进一步经由构建计算复杂度相图,张志东首次描绘出NP完全疑问与NP中间疑问(在NP类中既不是P类疑问也不是NP完全疑问的疑问)的分界线,从而肯定复杂度下限,证明最优算法的时间复杂度至少为(1+ε)^N(ε为趋近0的正数),显著优于现有1.3^N的算法。
业内行家称,“背包疑问”能够被映射为许多其它的科学疑问,中国科学家此次破解“背包疑问”复杂度之谜的探索结论能够径直营销应用,将助力解答计算机、物理、化学、生物、数学和原料科学范畴一系列相干根基科学疑问。(完)
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