Algoritmuselmélet 18. előadás

Hasonló dokumentumok
Algoritmuselmélet. Bonyolultságelmélet. Katona Gyula Y.

RSA algoritmus. P(M) = M e mod n. S(C) = C d mod n. A helyesség igazoláshoz szükséges számelméleti háttér. a φ(n) = 1 mod n, a (a 1,a 2,...

Algoritmuselmélet 12. előadás

Algoritmuselmélet. Katona Gyula Y. Számítástudományi és Információelméleti Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. 13.

Approximációs algoritmusok

Algoritmuselmélet 7. előadás

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Algoritmuselmélet. Legrövidebb utak, Bellmann-Ford, Dijkstra. Katona Gyula Y.

Algoritmusok bonyolultsága

Algoritmuselmélet 2. előadás

Példa Hajtsuk végre az 1 pontból a Dijkstra algoritmust az alábbi gráfra. (A mátrixban a c i j érték az (i, j) él hossza, ha nincs él.

Algoritmuselmélet 11. előadás

A számítástudomány alapjai

Algoritmusok bonyolultsága

Algoritmuselmélet 1. előadás

A továbbiakban Y = {0, 1}, azaz minden szóhoz egy bináris sorozatot rendelünk

Matematika alapjai; Feladatok

Totális Unimodularitás és LP dualitás. Tapolcai János

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Euler tétel következménye 1:ha G összefüggő síkgráf és legalább 3 pontja van, akkor: e 3

Gráfalgoritmusok ismétlés ősz

Algebra es sz amelm elet 3 el oad as Nevezetes sz amelm eleti probl em ak Waldhauser Tam as 2014 oszi f el ev

Algoritmuselmélet 6. előadás

Tartalom. Algebrai és transzcendens számok

Bonyolultságelmélet. Monday 26 th September, 2016, 18:50

Diszkrét matematika 1. estis képzés. Komputeralgebra Tanszék ősz

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

Algoritmuselmélet 1. előadás

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Számelmélet I.

Turing-gépek. Számításelmélet (7. gyakorlat) Turing-gépek 2009/10 II. félév 1 / 1

Számelmélet (2017. február 8.) Bogya Norbert, Kátai-Urbán Kamilla

bármely másikra el lehessen jutni. A vállalat tudja, hogy tetszőlegesen adott

Gráfelméleti feladatok. c f

Diszkrét matematika I.

Algoritmuselmélet. Katona Gyula Y. Számítástudományi és Információelméleti Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. 12.

NULLADIK MATEMATIKA ZÁRTHELYI

f(x) vagy f(x) a (x x 0 )-t használjuk. lim melyekre Mivel itt ɛ > 0 tetszőlegesen kicsi, így a a = 0, a = a, ami ellentmondás, bizonyítva

Az R halmazt a valós számok halmazának nevezzük, ha teljesíti az alábbi 3 axiómacsoport axiómáit.

5/1. tétel: Optimalis feszítőfák, Prim és Kruskal algorithmusa. Legrövidebb utak graphokban, negatív súlyú élek, Dijkstra és Bellman Ford algorithmus.

A digitális számítás elmélete

Információs rendszerek elméleti alapjai. Információelmélet

DISZKRÉT MATEMATIKA 2 KIDOLGOZOTT TÉTELSOR 1. RÉSZ

Funkcionálanalízis. n=1. n=1. x n y n. n=1

Adatszerkezetek 2. Dr. Iványi Péter

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Sapientia - Erdélyi Magyar TudományEgyetem (EMTE) Csíkszereda IRT- 4. kurzus. 3. Előadás: A mohó algoritmus

Algoritmuselmélet. Függvények nagyságrendje, elágazás és korlátozás, dinamikus programozás. Katona Gyula Y.

Minimális feszítőfák Legyen G = (V,E,c), c : E R + egy súlyozott irányítatlan gráf. Terjesszük ki a súlyfüggvényt a T E élhalmazokra:

Következik, hogy B-nek minden prímosztója 4k + 1 alakú, de akkor B maga is 4k + 1 alakú, s ez ellentmondás.

minden x D esetén, akkor x 0 -at a függvény maximumhelyének mondjuk, f(x 0 )-at pedig az (abszolút) maximumértékének.

Nagyságrendek. Kiegészítő anyag az Algoritmuselmélet tárgyhoz. Friedl Katalin BME SZIT február 1.

Más szavakkal formálisan:, ahol olyan egész szám, hogy. Más szavakkal formálisan:, ahol olyan egész szám, hogy.

Algoritmuselmélet. Gráfok megadása, szélességi bejárás, összefüggőség, párosítás. Katona Gyula Y.

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

definiálunk. Legyen egy konfiguráció, ahol és. A következő három esetet különböztetjük meg. 1. Ha, akkor 2. Ha, akkor, ahol, ha, és egyébként.

Intergrált Intenzív Matematika Érettségi

Kiegészítő részelőadás 1. Az algoritmusok hatékonyságának mérése

Diszkrét matematika 2.

SzA XIII. gyakorlat, december. 3/5.

Számrendszerek Feladat. Számrendszerek. Németh Bence május 13.

Online migrációs ütemezési modellek

Diszkrét matematika 2. estis képzés

út hosszát. Ha a két várost nem köti össze út, akkor legyen c ij = W, ahol W már az előzőekben is alkalmazott megfelelően nagy szám.

Algoritmuselmélet. Hashelés. Katona Gyula Y. Számítástudományi és Információelméleti Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Algoritmuselmélet. Függvények nagyságrendje, elágazás és korlátozás, dinamikus programozás. Katona Gyula Y.

Véletlenszám generátorok és tesztelésük. Tossenberger Tamás

Az állítást nem bizonyítjuk, de a létezést a Paley-féle konstrukció mutatja: legyen H a

Algoritmuselmélet zárthelyi (BSc képzés) április 24.

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Gráfok 2. Legrövidebb utak, feszítőfák. Szoftvertervezés és -fejlesztés II. előadás. Szénási Sándor

A sorozat fogalma. függvényeket sorozatoknak nevezzük. Amennyiben az értékkészlet. az értékkészlet a komplex számok halmaza, akkor komplex

Deníciók és tételek a beugró vizsgára

Minimális feszítőfák Legyen G = (V,E,c), c : E R + egy súlyozott irányítatlan gráf. Terjesszük ki a súlyfüggvényt a T E élhalmazokra:

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

A Számítástudomány alapjai

Diszkrét matematika I.

Komplex számok. Wettl Ferenc előadása alapján Wettl Ferenc előadása alapján Komplex számok / 18

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Polinomok (el adásvázlat, április 15.) Maróti Miklós

Számelméleti alapfogalmak

Az optimális megoldást adó algoritmusok

Algoritmuselmélet. Hashelés. Katona Gyula Y. Számítástudományi és Információelméleti Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

1/1. Házi feladat. 1. Legyen p és q igaz vagy hamis matematikai kifejezés. Mutassuk meg, hogy

1.1. Definíció. Azt mondjuk, hogy a oszója b-nek, vagy más szóval, b osztható a-val, ha létezik olyan x Z, hogy b = ax. Ennek jelölése a b.

Algoritmuselmélet. Mélységi keresés és alkalmazásai. Katona Gyula Y.

Diszkrét matematika 2 (C) vizsgaanyag, 2012 tavasz

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

5. feladatsor megoldása

Elemi algebrai eszközökkel megoldható versenyfeladatok Ábrahám Gábor, Szeged

Kongruenciák. Waldhauser Tamás

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

Polinomok (előadásvázlat, október 21.) Maróti Miklós

Kisérettségi feladatsorok matematikából

Shor kvantum-algoritmusa diszkrét logaritmusra

A 2015/2016. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló MATEMATIKA III. KATEGÓRIA (a speciális tanterv szerint haladó gimnazisták)

3. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 3. előadás Lineáris egyenletrendszerek

2016, Diszkrét matematika

Átírás:

Algoritmuselmélet 18. előadás Katona Gyula Y. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Számítástudományi Tsz. I. B. 137/b kiskat@cs.bme.hu 2002 Május 7.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 1 Közelítő algoritmusok Hátha nem szükséges pontos megoldás, elég az optimumtól nem túl messze levő is.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 1 Közelítő algoritmusok Hátha nem szükséges pontos megoldás, elég az optimumtól nem túl messze levő is. Ládapakolás: Adottak az s 1,..., s m (racionális) súlyok, 0 s i 1. A cél a súlyok elhelyezése minél kevesebb 1 súlykapacitású ládába.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 1 Közelítő algoritmusok Hátha nem szükséges pontos megoldás, elég az optimumtól nem túl messze levő is. Ládapakolás: Adottak az s 1,..., s m (racionális) súlyok, 0 s i 1. A cél a súlyok elhelyezése minél kevesebb 1 súlykapacitású ládába. NP-teljes

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 1 Közelítő algoritmusok Hátha nem szükséges pontos megoldás, elég az optimumtól nem túl messze levő is. Ládapakolás: Adottak az s 1,..., s m (racionális) súlyok, 0 s i 1. A cél a súlyok elhelyezése minél kevesebb 1 súlykapacitású ládába. NP-teljes F F -módszer (first fit): Vegyünk először üres ládákat, és számozzuk meg őket az 1, 2,..., m egészekkel.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 1 Közelítő algoritmusok Hátha nem szükséges pontos megoldás, elég az optimumtól nem túl messze levő is. Ládapakolás: Adottak az s 1,..., s m (racionális) súlyok, 0 s i 1. A cél a súlyok elhelyezése minél kevesebb 1 súlykapacitású ládába. NP-teljes F F -módszer (first fit): Vegyünk először üres ládákat, és számozzuk meg őket az 1, 2,..., m egészekkel. Tegyük fel, hogy az s 1,..., s i 1 súlyokat már elhelyeztük. Ekkor s i kerüljön az első (legkisebb sorszámú) olyan ládába, amelybe még befér.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 1 Közelítő algoritmusok Hátha nem szükséges pontos megoldás, elég az optimumtól nem túl messze levő is. Ládapakolás: Adottak az s 1,..., s m (racionális) súlyok, 0 s i 1. A cél a súlyok elhelyezése minél kevesebb 1 súlykapacitású ládába. NP-teljes F F -módszer (first fit): Vegyünk először üres ládákat, és számozzuk meg őket az 1, 2,..., m egészekkel. Tegyük fel, hogy az s 1,..., s i 1 súlyokat már elhelyeztük. Ekkor s i kerüljön az első (legkisebb sorszámú) olyan ládába, amelybe még befér. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 6. 4. 1. 2. 3. 5. 7. 8.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 2 Tétel. Jelölje a Ládapakolás probléma egy I inputjára OP T (I) az optimális (minimálisan elegendő), F F (I) pedig az F F -módszer által eredményezett ládaszámot. A probléma tetszőleges I inputjára teljesül, hogy F F (I) 2OP T (I).

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 2 Tétel. Jelölje a Ládapakolás probléma egy I inputjára OP T (I) az optimális (minimálisan elegendő), F F (I) pedig az F F -módszer által eredményezett ládaszámot. A probléma tetszőleges I inputjára teljesül, hogy F F (I) 2OP T (I). Bizonyítás: m i=1 s i OP T (I)

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 2 Tétel. Jelölje a Ládapakolás probléma egy I inputjára OP T (I) az optimális (minimálisan elegendő), F F (I) pedig az F F -módszer által eredményezett ládaszámot. A probléma tetszőleges I inputjára teljesül, hogy F F (I) 2OP T (I). Bizonyítás: m i=1 s i OP T (I) F F (I) 2 m i=1 s i = nincs két olyan láda, ami nincs félig kitöltve.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 2 Tétel. Jelölje a Ládapakolás probléma egy I inputjára OP T (I) az optimális (minimálisan elegendő), F F (I) pedig az F F -módszer által eredményezett ládaszámot. A probléma tetszőleges I inputjára teljesül, hogy F F (I) 2OP T (I). Bizonyítás: m i=1 s i OP T (I) F F (I) 2 m i=1 s i = nincs két olyan láda, ami nincs félig kitöltve. Felhasználjuk, hogy 2x 2 x F F (I) 2 m m s i 2 s i 2OP T (I) i=1 i=1

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 2 Tétel. Jelölje a Ládapakolás probléma egy I inputjára OP T (I) az optimális (minimálisan elegendő), F F (I) pedig az F F -módszer által eredményezett ládaszámot. A probléma tetszőleges I inputjára teljesül, hogy F F (I) 2OP T (I). Bizonyítás: m i=1 s i OP T (I) F F (I) 2 m i=1 s i = nincs két olyan láda, ami nincs félig kitöltve. Felhasználjuk, hogy 2x 2 x F F (I) 2 m m s i 2 s i 2OP T (I) i=1 i=1 Tétel. [D. S. Johnson és munkatársai, 1976] A probléma tetszőleges I inputjára teljesül, hogy F F (I) 1.7OP T (I). Továbbá vannak tetszőlegesen nagy méretű I inputok, melyekre F F (I) 1.7(OP T (I) 1).

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 3 F F D-módszer (first fit decreasing): először rendezzük a súlyokat nem növő sorrendbe, utána alkalmazzuk az F F -módszert.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 3 F F D-módszer (first fit decreasing): először rendezzük a súlyokat nem növő sorrendbe, utána alkalmazzuk az F F -módszert. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 8. 7. 6. 1. 2. 3. 4. 5.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 3 F F D-módszer (first fit decreasing): először rendezzük a súlyokat nem növő sorrendbe, utána alkalmazzuk az F F -módszert. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 8. 7. 6. 1. 2. 3. 4. 5. Tétel. [D. S. Johnson, 1973] Tetszőleges I inputra teljesül, hogy F F D(I) 11 OP T (I) + 4, és 9 tetszőlegesen nagy méretű I inputok vannak, melyekre F F D(I) 11 OP T (I). (11 = 1.222...) 9 9

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 3 F F D-módszer (first fit decreasing): először rendezzük a súlyokat nem növő sorrendbe, utána alkalmazzuk az F F -módszert. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 8. 7. 6. 1. 2. 3. 4. 5. Tétel. [D. S. Johnson, 1973] Tetszőleges I inputra teljesül, hogy F F D(I) 11 OP T (I) + 4, és 9 tetszőlegesen nagy méretű I inputok vannak, melyekre F F D(I) 11 OP T (I). (11 = 1.222...) 9 9 Tétel. [F. de la Vega, G. S. Lueker] Tetszőleges ε > 0-hoz van olyan P lineáris algoritmus, amire P (I) (1 + ε)op T (I).

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 4 Euklideszi utazó ügynök probléma Az n pontú K n teljes gráf élein adott a nemnegatív értékű d súlyfüggvény. Erre teljesül a háromszög-egyenlőtlenség: tetszőleges különböző u, v, w csúcsokra érvényes a d(u, w) d(u, v) + d(v, w) egyenlőtlenség (az euklideszi feltétel).

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 4 Euklideszi utazó ügynök probléma Az n pontú K n teljes gráf élein adott a nemnegatív értékű d súlyfüggvény. Erre teljesül a háromszög-egyenlőtlenség: tetszőleges különböző u, v, w csúcsokra érvényes a d(u, w) d(u, v) + d(v, w) egyenlőtlenség (az euklideszi feltétel). A cél egy minimális összsúlyú Hamilton-kör keresése. Keresünk egy minimális összsúlyú feszítőfát (pl. Kruskal). =

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 4 Euklideszi utazó ügynök probléma Az n pontú K n teljes gráf élein adott a nemnegatív értékű d súlyfüggvény. Erre teljesül a háromszög-egyenlőtlenség: tetszőleges különböző u, v, w csúcsokra érvényes a d(u, w) d(u, v) + d(v, w) egyenlőtlenség (az euklideszi feltétel). A cél egy minimális összsúlyú Hamilton-kör keresése. Keresünk egy minimális összsúlyú feszítőfát (pl. Kruskal). = Ennek összsúlya legyen s = Euler séta hossza 2s.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 5 Ez nem Hamilton-kör = levágjuk a fölösleges részeket, közben rövidítünk is.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 5 Ez nem Hamilton-kör = levágjuk a fölösleges részeket, közben rövidítünk is. Ha az optimális Hamilton-körből elhagyunk egy élet = egy legalább s súlyú feszítőfa

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 5 Ez nem Hamilton-kör = levágjuk a fölösleges részeket, közben rövidítünk is. Ha az optimális Hamilton-körből elhagyunk egy élet = egy legalább s súlyú feszítőfa A módszer legfeljebb 2-szer akkora utat ad, mint az optimális.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 5 Ez nem Hamilton-kör = levágjuk a fölösleges részeket, közben rövidítünk is. Ha az optimális Hamilton-körből elhagyunk egy élet = egy legalább s súlyú feszítőfa A módszer legfeljebb 2-szer akkora utat ad, mint az optimális. JAVA animáció: TSP

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 6 Véletlent használó módszerek Előny: Gyorsabb lehet.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 6 Véletlent használó módszerek Előny: Gyorsabb lehet. Hátrány: Kis valószínőséggel hibás választ kapunk.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 6 Véletlent használó módszerek Előny: Gyorsabb lehet. Hátrány: Kis valószínőséggel hibás választ kapunk. Probléma: Adott behelyettesítéssel (fekete dobozzal) egy n-változós f Z[x 1,..., x n ] egész együtthatós polinom. Tudjuk, hogy deg f d. El akarjuk dönteni, hogy f azonosan nulla-e.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 6 Véletlent használó módszerek Előny: Gyorsabb lehet. Hátrány: Kis valószínőséggel hibás választ kapunk. Probléma: Adott behelyettesítéssel (fekete dobozzal) egy n-változós f Z[x 1,..., x n ] egész együtthatós polinom. Tudjuk, hogy deg f d. El akarjuk dönteni, hogy f azonosan nulla-e. Példa: f(x 1, x 2,..., x 2n ) = (x 1 + x 2 )(x 3 + x 4 ) (x 2n 1 + x 2n )

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 6 Véletlent használó módszerek Előny: Gyorsabb lehet. Hátrány: Kis valószínőséggel hibás választ kapunk. Probléma: Adott behelyettesítéssel (fekete dobozzal) egy n-változós f Z[x 1,..., x n ] egész együtthatós polinom. Tudjuk, hogy deg f d. El akarjuk dönteni, hogy f azonosan nulla-e. Példa: f(x 1, x 2,..., x 2n ) = (x 1 + x 2 )(x 3 + x 4 ) (x 2n 1 + x 2n ) D = det x 11... x 1n.. x n1... x nn

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 6 Véletlent használó módszerek Előny: Gyorsabb lehet. Hátrány: Kis valószínőséggel hibás választ kapunk. Probléma: Adott behelyettesítéssel (fekete dobozzal) egy n-változós f Z[x 1,..., x n ] egész együtthatós polinom. Tudjuk, hogy deg f d. El akarjuk dönteni, hogy f azonosan nulla-e. Példa: f(x 1, x 2,..., x 2n ) = (x 1 + x 2 )(x 3 + x 4 ) (x 2n 1 + x 2n ) D = det x 11... x 1n.. x n1... x nn Mminél hamarabb szeretnénk találni egy α = (α 1,..., α n )-t, amire f(α) 0.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 6 Véletlent használó módszerek Előny: Gyorsabb lehet. Hátrány: Kis valószínőséggel hibás választ kapunk. Probléma: Adott behelyettesítéssel (fekete dobozzal) egy n-változós f Z[x 1,..., x n ] egész együtthatós polinom. Tudjuk, hogy deg f d. El akarjuk dönteni, hogy f azonosan nulla-e. Példa: f(x 1, x 2,..., x 2n ) = (x 1 + x 2 )(x 3 + x 4 ) (x 2n 1 + x 2n ) D = det x 11... x 1n.. x n1... x nn Mminél hamarabb szeretnénk találni egy α = (α 1,..., α n )-t, amire f(α) 0. Pl. egy változóra jól látszik

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 7

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 7 Tétel. [J. Schwartz lemmája] Ha deg f d, és α 1,..., α n egyenletes eloszlású, egymástól független véletlen elemei az {1,..., N} számhalmaznak, akkor f 0 esetén P rob(f(α) = 0) d N.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 7 Tétel. [J. Schwartz lemmája] Ha deg f d, és α 1,..., α n egyenletes eloszlású, egymástól független véletlen elemei az {1,..., N} számhalmaznak, akkor f 0 esetén P rob(f(α) = 0) d N. Tétel. Az {1, 2,..., 2d} halmazból vett véletlen n-komponensű α vektor esetén P rob(f(α) 0) 1/2, ha f 0. Ekkora halmazból választva tehát legalább 1/2 valószínűséggel adódik tanú. Ha t-szer függetlenül választunk ilyen helyettesítést, akkor legalább 1 1 2 t valószínűséggel kapunk tanút.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 8 Alkalmazás Randomizált módszer teljes párosítás keresésére páros gráfban.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 8 Alkalmazás Randomizált módszer teljes párosítás keresésére páros gráfban. Legyen G = (L, U; E) páros gráf, L = {l 1,..., l n } és U = {u 1,..., u n } M = (m ij ) n-szer n-es mátrix = m ij = { xij ha (l i, u j ) E, 0 különben.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 8 Alkalmazás Randomizált módszer teljes párosítás keresésére páros gráfban. Legyen G = (L, U; E) páros gráf, L = {l 1,..., l n } és U = {u 1,..., u n } M = (m ij ) n-szer n-es mátrix = m ij = { xij ha (l i, u j ) E, 0 különben. Tétel. G-ben akkor és csak akkor van teljes párosítás ha det M 0.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 8 Alkalmazás Randomizált módszer teljes párosítás keresésére páros gráfban. Legyen G = (L, U; E) páros gráf, L = {l 1,..., l n } és U = {u 1,..., u n } M = (m ij ) n-szer n-es mátrix = m ij = { xij ha (l i, u j ) E, 0 különben. Tétel. G-ben akkor és csak akkor van teljes párosítás ha det M 0. Bizonyítás: A determináns egy tagja = ±m 1π(1) m 2π(2) m nπ(n)

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 8 Alkalmazás Randomizált módszer teljes párosítás keresésére páros gráfban. Legyen G = (L, U; E) páros gráf, L = {l 1,..., l n } és U = {u 1,..., u n } M = (m ij ) n-szer n-es mátrix = m ij = { xij ha (l i, u j ) E, 0 különben. Tétel. G-ben akkor és csak akkor van teljes párosítás ha det M 0. Bizonyítás: A determináns egy tagja = ±m 1π(1) m 2π(2) m nπ(n) Ha nem 0 = (l i, u π(i) ) E, i = 1,..., n, = teljes párosítás

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 8 Alkalmazás Randomizált módszer teljes párosítás keresésére páros gráfban. Legyen G = (L, U; E) páros gráf, L = {l 1,..., l n } és U = {u 1,..., u n } M = (m ij ) n-szer n-es mátrix = m ij = { xij ha (l i, u j ) E, 0 különben. Tétel. G-ben akkor és csak akkor van teljes párosítás ha det M 0. Bizonyítás: A determináns egy tagja = ±m 1π(1) m 2π(2) m nπ(n) Ha nem 0 = (l i, u π(i) ) E, i = 1,..., n, = teljes párosítás Ha tehát G-ben nincs teljes párosítás, = det M = 0.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 8 Alkalmazás Randomizált módszer teljes párosítás keresésére páros gráfban. Legyen G = (L, U; E) páros gráf, L = {l 1,..., l n } és U = {u 1,..., u n } M = (m ij ) n-szer n-es mátrix = m ij = { xij ha (l i, u j ) E, 0 különben. Tétel. G-ben akkor és csak akkor van teljes párosítás ha det M 0. Bizonyítás: A determináns egy tagja = ±m 1π(1) m 2π(2) m nπ(n) Ha nem 0 = (l i, u π(i) ) E, i = 1,..., n, = teljes párosítás Ha tehát G-ben nincs teljes párosítás, = det M = 0. Ha viszont van G-ben teljes párosítás = nem 0 kifejtési tag

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 8 Alkalmazás Randomizált módszer teljes párosítás keresésére páros gráfban. Legyen G = (L, U; E) páros gráf, L = {l 1,..., l n } és U = {u 1,..., u n } M = (m ij ) n-szer n-es mátrix = m ij = { xij ha (l i, u j ) E, 0 különben. Tétel. G-ben akkor és csak akkor van teljes párosítás ha det M 0. Bizonyítás: A determináns egy tagja = ±m 1π(1) m 2π(2) m nπ(n) Ha nem 0 = (l i, u π(i) ) E, i = 1,..., n, = teljes párosítás Ha tehát G-ben nincs teljes párosítás, = det M = 0. Ha viszont van G-ben teljes párosítás = nem 0 kifejtési tag nem ejthetik ki egymást, mert bármely kettőben van két különböző változó.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 8 Alkalmazás Randomizált módszer teljes párosítás keresésére páros gráfban. Legyen G = (L, U; E) páros gráf, L = {l 1,..., l n } és U = {u 1,..., u n } M = (m ij ) n-szer n-es mátrix = m ij = { xij ha (l i, u j ) E, 0 különben. Tétel. G-ben akkor és csak akkor van teljes párosítás ha det M 0. Bizonyítás: A determináns egy tagja = ±m 1π(1) m 2π(2) m nπ(n) Ha nem 0 = (l i, u π(i) ) E, i = 1,..., n, = teljes párosítás Ha tehát G-ben nincs teljes párosítás, = det M = 0. Ha viszont van G-ben teljes párosítás = nem 0 kifejtési tag nem ejthetik ki egymást, mert bármely kettőben van két különböző változó. Az előző módszerrel eldönthetjük, hogy det M = 0 igaz-e.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 8 Alkalmazás Randomizált módszer teljes párosítás keresésére páros gráfban. Legyen G = (L, U; E) páros gráf, L = {l 1,..., l n } és U = {u 1,..., u n } M = (m ij ) n-szer n-es mátrix = m ij = { xij ha (l i, u j ) E, 0 különben. Tétel. G-ben akkor és csak akkor van teljes párosítás ha det M 0. Bizonyítás: A determináns egy tagja = ±m 1π(1) m 2π(2) m nπ(n) Ha nem 0 = (l i, u π(i) ) E, i = 1,..., n, = teljes párosítás Ha tehát G-ben nincs teljes párosítás, = det M = 0. Ha viszont van G-ben teljes párosítás = nem 0 kifejtési tag nem ejthetik ki egymást, mert bármely kettőben van két különböző változó. Az előző módszerrel eldönthetjük, hogy det M = 0 igaz-e. Hasonlóan megy nem páros gráfokra is.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 9 Prímtesztelés Bemenő adatként adott (binárisan) egy m páratlan egész; szeretnénk eldönteni, hogy m prímszám-e.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 9 Prímtesztelés Bemenő adatként adott (binárisan) egy m páratlan egész; szeretnénk eldönteni, hogy m prímszám-e. Fermat-teszt (m) 1. Válasszunk egy véletlen a egészet az [1, m) intervallumból. 2. Ha a m 1 1 (mod m), akkor a válasz m valószínűleg prím, különben a válasz m összetett.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 9 Prímtesztelés Bemenő adatként adott (binárisan) egy m páratlan egész; szeretnénk eldönteni, hogy m prímszám-e. Fermat-teszt (m) 1. Válasszunk egy véletlen a egészet az [1, m) intervallumból. 2. Ha a m 1 1 (mod m), akkor a válasz m valószínűleg prím, különben a válasz m összetett. gyors hatványozással ez gyorsan végrehajtható

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 9 Prímtesztelés Bemenő adatként adott (binárisan) egy m páratlan egész; szeretnénk eldönteni, hogy m prímszám-e. Fermat-teszt (m) 1. Válasszunk egy véletlen a egészet az [1, m) intervallumból. 2. Ha a m 1 1 (mod m), akkor a válasz m valószínűleg prím, különben a válasz m összetett. gyors hatványozással ez gyorsan végrehajtható Ha azt kapjuk, hogy m összetett = ez biztos igaz

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 9 Prímtesztelés Bemenő adatként adott (binárisan) egy m páratlan egész; szeretnénk eldönteni, hogy m prímszám-e. Fermat-teszt (m) 1. Válasszunk egy véletlen a egészet az [1, m) intervallumból. 2. Ha a m 1 1 (mod m), akkor a válasz m valószínűleg prím, különben a válasz m összetett. gyors hatványozással ez gyorsan végrehajtható Ha azt kapjuk, hogy m összetett = ez biztos igaz Pl.: m = 21 = 7 3 és a = 2 = a az m Fermat-tanúja, hiszen 2 20 4 (mod 21).

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 9 Prímtesztelés Bemenő adatként adott (binárisan) egy m páratlan egész; szeretnénk eldönteni, hogy m prímszám-e. Fermat-teszt (m) 1. Válasszunk egy véletlen a egészet az [1, m) intervallumból. 2. Ha a m 1 1 (mod m), akkor a válasz m valószínűleg prím, különben a válasz m összetett. gyors hatványozással ez gyorsan végrehajtható Ha azt kapjuk, hogy m összetett = ez biztos igaz Pl.: m = 21 = 7 3 és a = 2 = a az m Fermat-tanúja, hiszen 2 20 4 (mod 21).

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 10 Tétel. Ha m-nek van olyan a Fermat-tanúja (1 a < m és a m 1 1 (mod m)), melyre lnko(a, m) = 1, akkor az [1, m) intervallum egészeinek legalább a fele Fermat-tanú.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 10 Tétel. Ha m-nek van olyan a Fermat-tanúja (1 a < m és a m 1 1 (mod m)), melyre lnko(a, m) = 1, akkor az [1, m) intervallum egészeinek legalább a fele Fermat-tanú. Bizonyítás: Legyen a tanú = a m 1 1 (mod m) és c 1, c 2,..., c s nem tanúk = c m 1 i 1 (mod m)

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 10 Tétel. Ha m-nek van olyan a Fermat-tanúja (1 a < m és a m 1 1 (mod m)), melyre lnko(a, m) = 1, akkor az [1, m) intervallum egészeinek legalább a fele Fermat-tanú. Bizonyítás: Legyen a tanú = a m 1 1 (mod m) és c 1, c 2,..., c s nem tanúk = c m 1 i 1 (mod m) Feltehetjük, hogy a, c i relatív prímek m-hez.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 10 Tétel. Ha m-nek van olyan a Fermat-tanúja (1 a < m és a m 1 1 (mod m)), melyre lnko(a, m) = 1, akkor az [1, m) intervallum egészeinek legalább a fele Fermat-tanú. Bizonyítás: Legyen a tanú = a m 1 1 (mod m) és c 1, c 2,..., c s nem tanúk = c m 1 i 1 (mod m) Feltehetjük, hogy a, c i relatív prímek m-hez. = (ac i ) m 1 a m 1 c m 1 i a m 1 1 (mod m) = ac i tanú

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 10 Tétel. Ha m-nek van olyan a Fermat-tanúja (1 a < m és a m 1 1 (mod m)), melyre lnko(a, m) = 1, akkor az [1, m) intervallum egészeinek legalább a fele Fermat-tanú. Bizonyítás: Legyen a tanú = a m 1 1 (mod m) és c 1, c 2,..., c s nem tanúk = c m 1 i 1 (mod m) Feltehetjük, hogy a, c i relatív prímek m-hez. = (ac i ) m 1 a m 1 c m 1 i a m 1 1 (mod m) = ac i tanú ac i mind különbözőek lesznek = legalább annyi tanú, mint nem tanú

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 10 Tétel. Ha m-nek van olyan a Fermat-tanúja (1 a < m és a m 1 1 (mod m)), melyre lnko(a, m) = 1, akkor az [1, m) intervallum egészeinek legalább a fele Fermat-tanú. Bizonyítás: Legyen a tanú = a m 1 1 (mod m) és c 1, c 2,..., c s nem tanúk = c m 1 i 1 (mod m) Feltehetjük, hogy a, c i relatív prímek m-hez. = (ac i ) m 1 a m 1 c m 1 i a m 1 1 (mod m) = ac i tanú ac i mind különbözőek lesznek = legalább annyi tanú, mint nem tanú Vannak olyan számok, amiknek nincs tanújuk = Carmichael-számok

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 10 Tétel. Ha m-nek van olyan a Fermat-tanúja (1 a < m és a m 1 1 (mod m)), melyre lnko(a, m) = 1, akkor az [1, m) intervallum egészeinek legalább a fele Fermat-tanú. Bizonyítás: Legyen a tanú = a m 1 1 (mod m) és c 1, c 2,..., c s nem tanúk = c m 1 i 1 (mod m) Feltehetjük, hogy a, c i relatív prímek m-hez. = (ac i ) m 1 a m 1 c m 1 i a m 1 1 (mod m) = ac i tanú ac i mind különbözőek lesznek = legalább annyi tanú, mint nem tanú Vannak olyan számok, amiknek nincs tanújuk = Carmichael-számok Pl. 561 = 3 11 17

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 10 Tétel. Ha m-nek van olyan a Fermat-tanúja (1 a < m és a m 1 1 (mod m)), melyre lnko(a, m) = 1, akkor az [1, m) intervallum egészeinek legalább a fele Fermat-tanú. Bizonyítás: Legyen a tanú = a m 1 1 (mod m) és c 1, c 2,..., c s nem tanúk = c m 1 i 1 (mod m) Feltehetjük, hogy a, c i relatív prímek m-hez. = (ac i ) m 1 a m 1 c m 1 i a m 1 1 (mod m) = ac i tanú ac i mind különbözőek lesznek = legalább annyi tanú, mint nem tanú Vannak olyan számok, amiknek nincs tanújuk = Carmichael-számok Pl. 561 = 3 11 17 Alford, Granville, Pomerance, 1992 = végtelen sok ilyen szám van

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 11 Rabin-Miller teszt Definíció. Legyen m egy páratlan természetes szám. Írjuk fel m 1-et m 1 = 2 k n alakban, ahol n páratlan. Az 1 a < m egész Rabin Miller-tanú (m összetettségére), ha az a n 1, a n + 1, a 2n + 1,..., a 2k 1n + 1 számok egyike sem osztható m-mel.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 11 Rabin-Miller teszt Definíció. Legyen m egy páratlan természetes szám. Írjuk fel m 1-et m 1 = 2 k n alakban, ahol n páratlan. Az 1 a < m egész Rabin Miller-tanú (m összetettségére), ha az a n 1, a n + 1, a 2n + 1,..., a 2k 1n + 1 számok egyike sem osztható m-mel. Tétel. Ha m prím, akkor m-hez nincs Rabin Miller-tanú.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 11 Rabin-Miller teszt Definíció. Legyen m egy páratlan természetes szám. Írjuk fel m 1-et m 1 = 2 k n alakban, ahol n páratlan. Az 1 a < m egész Rabin Miller-tanú (m összetettségére), ha az a n 1, a n + 1, a 2n + 1,..., a 2k 1n + 1 számok egyike sem osztható m-mel. Tétel. Ha m prím, akkor m-hez nincs Rabin Miller-tanú. Bizonyítás: a m 1 1 = (a n 1)(a n + 1)(a 2n + 1) (a 2k 1n + 1)

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 11 Rabin-Miller teszt Definíció. Legyen m egy páratlan természetes szám. Írjuk fel m 1-et m 1 = 2 k n alakban, ahol n páratlan. Az 1 a < m egész Rabin Miller-tanú (m összetettségére), ha az a n 1, a n + 1, a 2n + 1,..., a 2k 1n + 1 számok egyike sem osztható m-mel. Tétel. Ha m prím, akkor m-hez nincs Rabin Miller-tanú. Bizonyítás: a m 1 1 = (a n 1)(a n + 1)(a 2n + 1) (a 2k 1n + 1) m prím = a kis Fermat-tétel szerint m osztja a bal oldalt.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 11 Rabin-Miller teszt Definíció. Legyen m egy páratlan természetes szám. Írjuk fel m 1-et m 1 = 2 k n alakban, ahol n páratlan. Az 1 a < m egész Rabin Miller-tanú (m összetettségére), ha az a n 1, a n + 1, a 2n + 1,..., a 2k 1n + 1 számok egyike sem osztható m-mel. Tétel. Ha m prím, akkor m-hez nincs Rabin Miller-tanú. Bizonyítás: a m 1 1 = (a n 1)(a n + 1)(a 2n + 1) (a 2k 1n + 1) m prím = a kis Fermat-tétel szerint m osztja a bal oldalt. = m osztja a jobb oldal valamelyik tényezőjét = a nem Rabin Miller-tanú.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 11 Rabin-Miller teszt Definíció. Legyen m egy páratlan természetes szám. Írjuk fel m 1-et m 1 = 2 k n alakban, ahol n páratlan. Az 1 a < m egész Rabin Miller-tanú (m összetettségére), ha az a n 1, a n + 1, a 2n + 1,..., a 2k 1n + 1 számok egyike sem osztható m-mel. Tétel. Ha m prím, akkor m-hez nincs Rabin Miller-tanú. Bizonyítás: a m 1 1 = (a n 1)(a n + 1)(a 2n + 1) (a 2k 1n + 1) m prím = a kis Fermat-tétel szerint m osztja a bal oldalt. = m osztja a jobb oldal valamelyik tényezőjét = a nem Rabin Miller-tanú. Tétel. Ha m összetett, akkor az 1 a < m feltételt teljesítő a egészeknek legalább a fele Rabin Miller-tanú.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 12 Rabin-Miller teszt RM(m) 1. Írjuk fel m 1-et m 1 = 2 k n alakban, ahol n páratlan. 2. Válasszunk egy véletlen a egészet az [1, m) intervallumból. 3. Ha az a n 1, a n + 1, a 2n + 1,..., a 2k 1n + 1 számok egyike sem osztható m-mel, akkor megállunk azzal a válasszal, hogy m összetett, különben megállunk azzal a válasszal, hogy m valószínűleg prím.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 13 Kolmogorov-bonyolultság Milyen röviden lehet leírni valamit?

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 13 Kolmogorov-bonyolultság Milyen röviden lehet leírni valamit? Tekintsük azokat a természetes számokat, amelyeket magyar nyelven legfeljebb 100 billentyű-leütéssel definiálni lehet.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 13 Kolmogorov-bonyolultság Milyen röviden lehet leírni valamit? Tekintsük azokat a természetes számokat, amelyeket magyar nyelven legfeljebb 100 billentyű-leütéssel definiálni lehet. A billentyűk száma véges = ezen számok halmaza is véges = Van tehát egy legkisebb természetes szám, amit nem lehet definiálni a fenti módon.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 13 Kolmogorov-bonyolultság Milyen röviden lehet leírni valamit? Tekintsük azokat a természetes számokat, amelyeket magyar nyelven legfeljebb 100 billentyű-leütéssel definiálni lehet. A billentyűk száma véges = ezen számok halmaza is véges = Van tehát egy legkisebb természetes szám, amit nem lehet definiálni a fenti módon. = az a legkisebb szám, amely nem definiálható magyar nyelven legfeljebb száz billentyű-leütéssel

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 13 Kolmogorov-bonyolultság Milyen röviden lehet leírni valamit? Tekintsük azokat a természetes számokat, amelyeket magyar nyelven legfeljebb 100 billentyű-leütéssel definiálni lehet. A billentyűk száma véges = ezen számok halmaza is véges = Van tehát egy legkisebb természetes szám, amit nem lehet definiálni a fenti módon. = az a legkisebb szám, amely nem definiálható magyar nyelven legfeljebb száz billentyű-leütéssel = egy száznál rövidebb jelsorozat

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 13 Kolmogorov-bonyolultság Milyen röviden lehet leírni valamit? Tekintsük azokat a természetes számokat, amelyeket magyar nyelven legfeljebb 100 billentyű-leütéssel definiálni lehet. A billentyűk száma véges = ezen számok halmaza is véges = Van tehát egy legkisebb természetes szám, amit nem lehet definiálni a fenti módon. = az a legkisebb szám, amely nem definiálható magyar nyelven legfeljebb száz billentyű-leütéssel = egy száznál rövidebb jelsorozat írógép-paradoxon

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 13 Kolmogorov-bonyolultság Milyen röviden lehet leírni valamit? Tekintsük azokat a természetes számokat, amelyeket magyar nyelven legfeljebb 100 billentyű-leütéssel definiálni lehet. A billentyűk száma véges = ezen számok halmaza is véges = Van tehát egy legkisebb természetes szám, amit nem lehet definiálni a fenti módon. = az a legkisebb szám, amely nem definiálható magyar nyelven legfeljebb száz billentyű-leütéssel = egy száznál rövidebb jelsorozat írógép-paradoxon n = 2 k 10 alakú számok bináris kódja k = log 2 n hosszú

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 13 Kolmogorov-bonyolultság Milyen röviden lehet leírni valamit? Tekintsük azokat a természetes számokat, amelyeket magyar nyelven legfeljebb 100 billentyű-leütéssel definiálni lehet. A billentyűk száma véges = ezen számok halmaza is véges = Van tehát egy legkisebb természetes szám, amit nem lehet definiálni a fenti módon. = az a legkisebb szám, amely nem definiálható magyar nyelven legfeljebb száz billentyű-leütéssel = egy száznál rövidebb jelsorozat írógép-paradoxon n = 2 k 10 alakú számok bináris kódja k = log 2 n hosszú Viszont a 2 k 10 kifejezés hossza csak log 2 log 2 n+ konstans.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 13 Kolmogorov-bonyolultság Milyen röviden lehet leírni valamit? Tekintsük azokat a természetes számokat, amelyeket magyar nyelven legfeljebb 100 billentyű-leütéssel definiálni lehet. A billentyűk száma véges = ezen számok halmaza is véges = Van tehát egy legkisebb természetes szám, amit nem lehet definiálni a fenti módon. = az a legkisebb szám, amely nem definiálható magyar nyelven legfeljebb száz billentyű-leütéssel = egy száznál rövidebb jelsorozat írógép-paradoxon n = 2 k 10 alakú számok bináris kódja k = log 2 n hosszú Viszont a 2 k 10 kifejezés hossza csak log 2 log 2 n+ konstans. Rögzítsünk egy U univerzális Turing-gépet, és értelmezzük az x I szó bonyolultságát mint a legrövidebb y#z input szó hosszát, melyre U az x szót számítja ki.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 13 Kolmogorov-bonyolultság Milyen röviden lehet leírni valamit? Tekintsük azokat a természetes számokat, amelyeket magyar nyelven legfeljebb 100 billentyű-leütéssel definiálni lehet. A billentyűk száma véges = ezen számok halmaza is véges = Van tehát egy legkisebb természetes szám, amit nem lehet definiálni a fenti módon. = az a legkisebb szám, amely nem definiálható magyar nyelven legfeljebb száz billentyű-leütéssel = egy száznál rövidebb jelsorozat írógép-paradoxon n = 2 k 10 alakú számok bináris kódja k = log 2 n hosszú Viszont a 2 k 10 kifejezés hossza csak log 2 log 2 n+ konstans. Rögzítsünk egy U univerzális Turing-gépet, és értelmezzük az x I szó bonyolultságát mint a legrövidebb y#z input szó hosszát, melyre U az x szót számítja ki. Az U gép választásától nagy mértékben független, és aszimptotikus értelemben jó közelítését adja az optimumnak.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 14 Definíció. Legyen M egy TG ami az f M : I I parciális függvényt számolja ki. Jelöljük C M (x)-szel annak a legrövidebb bemenő szónak a hosszát, mellyel elindítva M az x szót adja eredményül: C M (x) = { min{ y : y I, f M (y) = x} ha ilyen y létezik, különben.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 14 Definíció. Legyen M egy TG ami az f M : I I parciális függvényt számolja ki. Jelöljük C M (x)-szel annak a legrövidebb bemenő szónak a hosszát, mellyel elindítva M az x szót adja eredményül: C M (x) = { min{ y : y I, f M (y) = x} ha ilyen y létezik, különben. A C M (x) szám méri, hogy x mennyire nyomható össze akkor, ha a kibontást, vagyis az összenyomott szó visszafejtését az M algoritmus végzi.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 14 Definíció. Legyen M egy TG ami az f M : I I parciális függvényt számolja ki. Jelöljük C M (x)-szel annak a legrövidebb bemenő szónak a hosszát, mellyel elindítva M az x szót adja eredményül: C M (x) = { min{ y : y I, f M (y) = x} ha ilyen y létezik, különben. A C M (x) szám méri, hogy x mennyire nyomható össze akkor, ha a kibontást, vagyis az összenyomott szó visszafejtését az M algoritmus végzi. konkrét x-re = M 1 gép, hogy C M1 (x) = 0

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 14 Definíció. Legyen M egy TG ami az f M : I I parciális függvényt számolja ki. Jelöljük C M (x)-szel annak a legrövidebb bemenő szónak a hosszát, mellyel elindítva M az x szót adja eredményül: C M (x) = { min{ y : y I, f M (y) = x} ha ilyen y létezik, különben. A C M (x) szám méri, hogy x mennyire nyomható össze akkor, ha a kibontást, vagyis az összenyomott szó visszafejtését az M algoritmus végzi. konkrét x-re = M 1 gép, hogy C M1 (x) = 0 és M 2 gép, hogy C M2 (x) =.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 14 Definíció. Legyen M egy TG ami az f M : I I parciális függvényt számolja ki. Jelöljük C M (x)-szel annak a legrövidebb bemenő szónak a hosszát, mellyel elindítva M az x szót adja eredményül: C M (x) = { min{ y : y I, f M (y) = x} ha ilyen y létezik, különben. A C M (x) szám méri, hogy x mennyire nyomható össze akkor, ha a kibontást, vagyis az összenyomott szó visszafejtését az M algoritmus végzi. konkrét x-re = M 1 gép, hogy C M1 (x) = 0 és M 2 gép, hogy C M2 (x) =. Tétel. [invariancia-tétel] Legyen U egy univerzális Turing-gép. Ekkor tetszőleges M Turing-gépre létezik egy (csak M-től függő) c M Z + állandó, mellyel minden x I szóra teljesül a következő egyenlőtlenség: C U (x) C M (x) + c M.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 15 Bizonyítás: M gép leírása = w I

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 15 Bizonyítás: M gép leírása = w I legyen y egy legrövidebb szó, amiből M az x-et bontja ki:

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 15 Bizonyítás: M gép leírása = w I legyen y egy legrövidebb szó, amiből M az x-et bontja ki: = y I, f M (y) = x, és y = C M (x)

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 15 Bizonyítás: M gép leírása = w I legyen y egy legrövidebb szó, amiből M az x-et bontja ki: = y I, f M (y) = x, és y = C M (x) = U a w#y bemeneten x-et adja eredményül

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 15 Bizonyítás: M gép leírása = w I legyen y egy legrövidebb szó, amiből M az x-et bontja ki: = y I, f M (y) = x, és y = C M (x) = U a w#y bemeneten x-et adja eredményül = C U (x) w#y = w# + y = w# + C M (x)

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 15 Bizonyítás: M gép leírása = w I legyen y egy legrövidebb szó, amiből M az x-et bontja ki: = y I, f M (y) = x, és y = C M (x) = U a w#y bemeneten x-et adja eredményül = = c M = w# C U (x) w#y = w# + y = w# + C M (x)

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 15 Bizonyítás: M gép leírása = w I legyen y egy legrövidebb szó, amiből M az x-et bontja ki: = y I, f M (y) = x, és y = C M (x) = U a w#y bemeneten x-et adja eredményül = = c M = w# C U (x) w#y = w# + y = w# + C M (x) Tétel. Legyenek U 1 és U 2 univerzális Turing-gépek, melyek input abc-je I = {0, 1}. Ekkor van olyan c = c U1,U 2 állandó, hogy minden x I szóra C U1 (x) C U2 (x) c.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 15 Bizonyítás: M gép leírása = w I legyen y egy legrövidebb szó, amiből M az x-et bontja ki: = y I, f M (y) = x, és y = C M (x) = U a w#y bemeneten x-et adja eredményül = = c M = w# C U (x) w#y = w# + y = w# + C M (x) Tétel. Legyenek U 1 és U 2 univerzális Turing-gépek, melyek input abc-je I = {0, 1}. Ekkor van olyan c = c U1,U 2 állandó, hogy minden x I szóra C U1 (x) C U2 (x) c. Bizonyítás: C U1 (x) C U2 (x) + c U2 és C U2 (x) C U1 (x) + c U1

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 15 Bizonyítás: M gép leírása = w I legyen y egy legrövidebb szó, amiből M az x-et bontja ki: = y I, f M (y) = x, és y = C M (x) = U a w#y bemeneten x-et adja eredményül = = c M = w# C U (x) w#y = w# + y = w# + C M (x) Tétel. Legyenek U 1 és U 2 univerzális Turing-gépek, melyek input abc-je I = {0, 1}. Ekkor van olyan c = c U1,U 2 állandó, hogy minden x I szóra C U1 (x) C U2 (x) c. Bizonyítás: C U1 (x) C U2 (x) + c U2 és C U2 (x) C U1 (x) + c U1 Definíció. Rögzítsünk egy U univerzális Turing gépet. Legyen x I. A C(x) := C U (x) mennyiség az x szó Kolmogorov-bonyolultsága.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 15 Bizonyítás: M gép leírása = w I legyen y egy legrövidebb szó, amiből M az x-et bontja ki: = y I, f M (y) = x, és y = C M (x) = U a w#y bemeneten x-et adja eredményül = = c M = w# C U (x) w#y = w# + y = w# + C M (x) Tétel. Legyenek U 1 és U 2 univerzális Turing-gépek, melyek input abc-je I = {0, 1}. Ekkor van olyan c = c U1,U 2 állandó, hogy minden x I szóra C U1 (x) C U2 (x) c. Bizonyítás: C U1 (x) C U2 (x) + c U2 és C U2 (x) C U1 (x) + c U1 Definíció. Rögzítsünk egy U univerzális Turing gépet. Legyen x I. A C(x) := C U (x) mennyiség az x szó Kolmogorov-bonyolultsága.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 16 C(0010) =?

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 16 C(0010) =? = C függvény nem rekurzív

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 16 C(0010) =? = C függvény nem rekurzív Vizsgálhatjuk a C(x n ) alakú sorozatok növekedési rendjét, ahol x 1, x 2,... növekvő hosszúságú I -beli szavak sorozata.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 16 C(0010) =? = C függvény nem rekurzív Vizsgálhatjuk a C(x n ) alakú sorozatok növekedési rendjét, ahol x 1, x 2,... növekvő hosszúságú I -beli szavak sorozata. Pl. az n = 2 k 10 alakú számokra C(n) log 2 log 2 n + c teljesül alkalmas c állandóval.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 16 C(0010) =? = C függvény nem rekurzív Vizsgálhatjuk a C(x n ) alakú sorozatok növekedési rendjét, ahol x 1, x 2,... növekvő hosszúságú I -beli szavak sorozata. Pl. az n = 2 k 10 alakú számokra C(n) log 2 log 2 n + c teljesül alkalmas c állandóval. Tétel. Legyen x I. Ekkor C(x) x + k, ahol k egy x-től független állandó.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 16 C(0010) =? = C függvény nem rekurzív Vizsgálhatjuk a C(x n ) alakú sorozatok növekedési rendjét, ahol x 1, x 2,... növekvő hosszúságú I -beli szavak sorozata. Pl. az n = 2 k 10 alakú számokra C(n) log 2 log 2 n + c teljesül alkalmas c állandóval. Tétel. Legyen x I. Ekkor C(x) x + k, ahol k egy x-től független állandó. Bizonyítás: x-hez hozzá kell írni egy semmit nem csináló TG kódját.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 16 C(0010) =? = C függvény nem rekurzív Vizsgálhatjuk a C(x n ) alakú sorozatok növekedési rendjét, ahol x 1, x 2,... növekvő hosszúságú I -beli szavak sorozata. Pl. az n = 2 k 10 alakú számokra C(n) log 2 log 2 n + c teljesül alkalmas c állandóval. Tétel. Legyen x I. Ekkor C(x) x + k, ahol k egy x-től független állandó. Bizonyítás: x-hez hozzá kell írni egy semmit nem csináló TG kódját. Definíció. Az x I szó összenyomhatatlan, ha C(x) x.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 17 Tétel. Legyen k Z +. Legfeljebb 2 k+1 1 x I szó van, melyre C(x) k. Következésképpen minden n 1 egészre létezik n hosszúságú összenyomhatatlan szó.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 17 Tétel. Legyen k Z +. Legfeljebb 2 k+1 1 x I szó van, melyre C(x) k. Következésképpen minden n 1 egészre létezik n hosszúságú összenyomhatatlan szó. Ha n > 8, akkor az n hosszú I -beli szavak több, mint 99 százalékának a Kolmogorov-bonyolultsága nagyobb, mint n 8.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 17 Tétel. Legyen k Z +. Legfeljebb 2 k+1 1 x I szó van, melyre C(x) k. Következésképpen minden n 1 egészre létezik n hosszúságú összenyomhatatlan szó. Ha n > 8, akkor az n hosszú I -beli szavak több, mint 99 százalékának a Kolmogorov-bonyolultsága nagyobb, mint n 8. Bizonyítás: Egyforma y-okra egyforma lesz f U (y) = x is.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 17 Tétel. Legyen k Z +. Legfeljebb 2 k+1 1 x I szó van, melyre C(x) k. Következésképpen minden n 1 egészre létezik n hosszúságú összenyomhatatlan szó. Ha n > 8, akkor az n hosszú I -beli szavak több, mint 99 százalékának a Kolmogorov-bonyolultsága nagyobb, mint n 8. Bizonyítás: Egyforma y-okra egyforma lesz f U (y) = x is. = legfeljebb annyi k-nál nem hosszabb kódú x lehet, amennyi k-nál nem hosszabb szó van:

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 17 Tétel. Legyen k Z +. Legfeljebb 2 k+1 1 x I szó van, melyre C(x) k. Következésképpen minden n 1 egészre létezik n hosszúságú összenyomhatatlan szó. Ha n > 8, akkor az n hosszú I -beli szavak több, mint 99 százalékának a Kolmogorov-bonyolultsága nagyobb, mint n 8. Bizonyítás: Egyforma y-okra egyforma lesz f U (y) = x is. = legfeljebb annyi k-nál nem hosszabb kódú x lehet, amennyi k-nál nem hosszabb szó van: 1 + 2 + + 2 k 1 + 2 k = 2 k+1 1

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 17 Tétel. Legyen k Z +. Legfeljebb 2 k+1 1 x I szó van, melyre C(x) k. Következésképpen minden n 1 egészre létezik n hosszúságú összenyomhatatlan szó. Ha n > 8, akkor az n hosszú I -beli szavak több, mint 99 százalékának a Kolmogorov-bonyolultsága nagyobb, mint n 8. Bizonyítás: Egyforma y-okra egyforma lesz f U (y) = x is. = legfeljebb annyi k-nál nem hosszabb kódú x lehet, amennyi k-nál nem hosszabb szó van: 1 + 2 + + 2 k 1 + 2 k = 2 k+1 1 H k = {x I : C(x) k}

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 17 Tétel. Legyen k Z +. Legfeljebb 2 k+1 1 x I szó van, melyre C(x) k. Következésképpen minden n 1 egészre létezik n hosszúságú összenyomhatatlan szó. Ha n > 8, akkor az n hosszú I -beli szavak több, mint 99 százalékának a Kolmogorov-bonyolultsága nagyobb, mint n 8. Bizonyítás: Egyforma y-okra egyforma lesz f U (y) = x is. = legfeljebb annyi k-nál nem hosszabb kódú x lehet, amennyi k-nál nem hosszabb szó van: 1 + 2 + + 2 k 1 + 2 k = 2 k+1 1 H k = {x I : C(x) k} k = n 1 = n hosszú szavak száma 2 n = H n 1 -ben legfeljebb 2 n 1 szó van

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 17 Tétel. Legyen k Z +. Legfeljebb 2 k+1 1 x I szó van, melyre C(x) k. Következésképpen minden n 1 egészre létezik n hosszúságú összenyomhatatlan szó. Ha n > 8, akkor az n hosszú I -beli szavak több, mint 99 százalékának a Kolmogorov-bonyolultsága nagyobb, mint n 8. Bizonyítás: Egyforma y-okra egyforma lesz f U (y) = x is. = legfeljebb annyi k-nál nem hosszabb kódú x lehet, amennyi k-nál nem hosszabb szó van: 1 + 2 + + 2 k 1 + 2 k = 2 k+1 1 H k = {x I : C(x) k} k = n 1 = n hosszú szavak száma 2 n 2 n 1 szó van = Van legalább n hosszú kódú szó. = H n 1 -ben legfeljebb

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 17 Tétel. Legyen k Z +. Legfeljebb 2 k+1 1 x I szó van, melyre C(x) k. Következésképpen minden n 1 egészre létezik n hosszúságú összenyomhatatlan szó. Ha n > 8, akkor az n hosszú I -beli szavak több, mint 99 százalékának a Kolmogorov-bonyolultsága nagyobb, mint n 8. Bizonyítás: Egyforma y-okra egyforma lesz f U (y) = x is. = legfeljebb annyi k-nál nem hosszabb kódú x lehet, amennyi k-nál nem hosszabb szó van: 1 + 2 + + 2 k 1 + 2 k = 2 k+1 1 H k = {x I : C(x) k} k = n 1 = n hosszú szavak száma 2 n 2 n 1 szó van = Van legalább n hosszú kódú szó. = H n 1 -ben legfeljebb A H n 8 halmaznak legfeljebb 2 n 7 1 < 2 n 7 eleme van.

ALGORITMUSELMÉLET 18. ELŐADÁS 17 Tétel. Legyen k Z +. Legfeljebb 2 k+1 1 x I szó van, melyre C(x) k. Következésképpen minden n 1 egészre létezik n hosszúságú összenyomhatatlan szó. Ha n > 8, akkor az n hosszú I -beli szavak több, mint 99 százalékának a Kolmogorov-bonyolultsága nagyobb, mint n 8. Bizonyítás: Egyforma y-okra egyforma lesz f U (y) = x is. = legfeljebb annyi k-nál nem hosszabb kódú x lehet, amennyi k-nál nem hosszabb szó van: 1 + 2 + + 2 k 1 + 2 k = 2 k+1 1 H k = {x I : C(x) k} k = n 1 = n hosszú szavak száma 2 n 2 n 1 szó van = Van legalább n hosszú kódú szó. = H n 1 -ben legfeljebb A H n 8 halmaznak legfeljebb 2 n 7 1 < 2 n 7 eleme van. = A kedvezőtlen esetek aránya az n hosszú szavak között legfeljebb 2 n 7 /2 n = 1/128 < 1/100.