關(guān)于相信 NP 不是 P 的一個奇怪思路

首先,如果 NP = P 的話,那就是說任意一個 NP 問題都可以轉(zhuǎn)化為一個 P 問題。
這就是說,任何一個 NP 問題都可以在多項(xiàng)式時間內(nèi)找到解答。

其次,TSP 問題 是一個已知的 NP 問題。
因此,如果 NP = P,那么任何 TSP 問題都可以在多項(xiàng)式時間內(nèi)找到解答。

尤其,如果一張地圖可以本分割為不連通的多個部分,我們一樣可以在多項(xiàng)式時間內(nèi)證明這張圖是被割裂的而非所有節(jié)點(diǎn)都能連起來的。

接著,如果 TSP 問題中連接兩個節(jié)點(diǎn)的路徑是非對稱的(記為 nTSP 問題),它依然是一個 NP 問題。

然后,TSP 問題和 nTSP 問題都可以轉(zhuǎn)化為一個有 n 個節(jié)點(diǎn)的離散空間中的最短閉合填充曲線問題。和它相關(guān)的,是給定起點(diǎn) s 和終點(diǎn) e 的離散空間中的最短填充曲線問題(記為 oTSP 問題)。

很顯然,oTSP 問題如果是 P 的,所用計(jì)算步數(shù)為 P_n,那有 n 個節(jié)點(diǎn)的 nTSP 和 TSP 問題就可以在 n(n - 1)P_n 步內(nèi)解決,因此如果 TSP 問題是 P 的,那 oTSP 問題也一定是 P 的;反之如果 oTSP 問題是 P 的,那 TSP 問題也一定是 P 的。

現(xiàn)在,我們假定一個 oTSP 問題所用的計(jì)算步數(shù)為 P_n,而尋找給定起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的最短路徑(記為 SSP 問題)需要計(jì)算 Q_n 步,我們可以利用 P_n 計(jì)算 Q_n 的一個上限:

Q_n \leq n! P_n

這就是說,通過 oTSP 問題我們并不能得到關(guān)于 SSP 問題的任何線索,但翻過來,如果 SSP 問題不能轉(zhuǎn)化為 P,那就是說 oTSP 問題無法轉(zhuǎn)化為 P,從而 TSP 問題就無法轉(zhuǎn)化為 P 問題。

同樣,這里也要強(qiáng)調(diào)一下:如果 SSP 問題是 P 的,那這張地圖上給定起點(diǎn)和終點(diǎn)之后到底能不能有一條路徑連接兩點(diǎn),也可以在多項(xiàng)式時間內(nèi)解決。

那 SSP 問題到底是不是 P 的呢?

《AIT 中的信息與熵》《AIT on Infinity and Quantum》中我們看到,圖靈機(jī)的計(jì)算過程可以看作是在一個由圖靈機(jī)構(gòu)成的編碼空間中、根據(jù)一組基礎(chǔ)圖靈機(jī)所描述的規(guī)則進(jìn)行跳轉(zhuǎn)的過程。

也就是說,如果我們將每個圖靈機(jī)看作一個節(jié)點(diǎn),那圖靈機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程就是在這個離散空間中不斷跳轉(zhuǎn)的過程。換言之,一個圖靈機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程可以視為一條連接代表輸入的起點(diǎn)與代表輸出的終點(diǎn)的路徑。

因此,能接受輸入并輸出指定輸出的圖靈機(jī)最少需要運(yùn)行多少步,就是這樣一個由圖靈機(jī)構(gòu)成的離散空間中的 SSP 問題——尤其,就如上面強(qiáng)調(diào)的,SSP 問題包含了判斷輸入與輸出是否可以連通這點(diǎn)。

綜上所述,我們可以得到這樣的結(jié)論:

如果所有 SSP 問題都是可計(jì)算的,那停機(jī)判定就是可計(jì)算的——起點(diǎn)是目標(biāo)圖靈機(jī)對應(yīng)的點(diǎn),終點(diǎn)是“可停機(jī)”與“不可停機(jī)”這兩個狀態(tài)對應(yīng)的點(diǎn)——在圖靈機(jī)的實(shí)際中,輸出狀態(tài)和圖靈機(jī)可以被編碼到同一個空間中——這就是說,我們求一下指定圖靈機(jī)到“可停止”的最短路徑長度,再求一下到“不可停機(jī)”的最短路徑長度(這是求解兩次 SSP 問題),我們就可以知道給定圖靈機(jī)到底能不能停機(jī)了。

順便說一下,這里也就是一開始強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)間路徑是非對稱的原因:圖靈機(jī)的世界中從輸入到輸出和從輸出到輸入,無論是執(zhí)行步數(shù)還是圖靈機(jī)長度,都是非對稱的。

但是!這點(diǎn)已經(jīng)被證明是不可計(jì)算的了!

也就是說,圖靈機(jī)世界的停機(jī)問題作為一個 SSP 問題,是不可計(jì)算的。

也就是說,至少存在一類 SSP 問題,是不可計(jì)算的。

那也就是說,并非所有 SSP 問題都是可計(jì)算的。

而由于任何 SSP 問題和 oTSP 問題都存在計(jì)算步驟上的關(guān)聯(lián),前者所需的步驟既然是不可計(jì)算的,雖然后者比前者少了 n!,但也依然是不可計(jì)算的。

這就是說,至少存在一類 oTSP 問題,是不可計(jì)算的。

這就是說,至少存在一類 TSP 問題,是不可計(jì)算的。

也就是說,至少存在一類 NP 問題,其通用解法是不可計(jì)算的。

換言之,并非所有 NP 問題都是 P 問題。

即:NP \neq P。


這個“論證”非常粗糙,只是一個大意,而且也很不嚴(yán)謹(jǐn),所以未必就是真的。

這只是一共了一個有趣的考慮角度,來讓人們更加相信,NP 真的不是 P。


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