Weights of exact threshold functions

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

We consider Boolean exact threshold functions defined by linear equations and, more generally, polynomials of degree $d$. We give upper and lower bounds on the maximum magnitude (absolute value) of the coefficients required to represent such functions. These bounds are very close. In the linear case in particular they are almost matching. This quantity is the same as the maximum magnitude of the integer coefficients of linear equations required to express every possible intersection of a hyperplane in $\mathbb R^n$ and the Boolean cube $\{0,1\}^n$ or, in the general case, intersections of hypersurfaces of degree $d$ in $\mathbb R^n$ and $\{0,1\}^n$. In the process we construct new families of ill-conditioned matrices. We further stratify the problem (in the linear case) in terms of the dimension $k$ of the affine subspace spanned by the solutions and give upper and lower bounds in this case as well. There is a substantial gap between these bounds, a challenge for future work.

Авторлар туралы

László Babai

University of Chicago

Email: laci@cs.uchicago.edu

Kristoffer Hansen

University of Aarhus

Email: arnsfelt@cs.au.dk

Vladimir Podolskii

Steklov Mathematical Institute of Russian Academy of Sciences; HSE University

Email: podolskii@mi-ras.ru
Doctor of physico-mathematical sciences, no status

Xiaoming Sun

Chinese Academy of Sciences

Email: xiaomings@tsinghua.edu.cn

Әдебиет тізімі

  1. M. Agrawal, V. Arvind, “Geometric sets of low information content”, Theoret. Comput. Sci., 158:1-2 (1996), 193–219
  2. I. Aliev, “Siegel's lemma and sum-distinct sets”, Discrete Comput. Geom., 39:1-3 (2008), 59–66
  3. N. Alon, Van H. Vũ, “Anti-Hadamard matrices, coin weighing, threshold gates, and indecomposable hypergraphs”, J. Combin. Theory Ser. A, 79:1 (1997), 133–160
  4. L. Babai, K. A. Hansen, V. V. Podolskii, Xiaoming Sun, “Weights of exact threshold functions”, Mathematical foundations of computer science 2010 (Brno, 2010), Lecture Notes in Comput. Sci., 6281, Springer, Berlin, 2010, 66–77
  5. R. Beigel, “Perceptrons, PP, and the polynomial hierarchy”, Comput. Complexity, 4:4 (1994), 339–349
  6. R. Beigel, J. Tarui, S. Toda, “On probabilistic ACC circuits with an exact-threshold output gate”, Algorithms and computation (ISAAC 1992) (Nagoya, 1992), Lecture Notes in Comput. Sci., 650, Springer, Berlin, 1992, 420–429
  7. T. Bohman, “A construction for sets of integers with distinct subset sums”, Electron. J. Combin., 5 (1998), R3, 14 pp.
  8. Lijie Chen, R. R. Williams, “Stronger connections between circuit analysis and circuit lower bounds, via PCPs of proximity”, 34th computational complexity conference (CCC 2019) (New Brunswick, NJ, 2019), LIPIcs. Leibniz Int. Proc. Inform., 137, Schloss Dagstuhl. Leibniz-Zent. Inform., Wadern, 2019, 19, 43 pp.
  9. Xue Chen, Guangda Hu, Xiaoming Sun, “A better upper bound on weights of exact threshold functions”, Theory and applications of models of computation (TAMC 2011) (Tokyo, 2011), Lecture Notes in Comput. Sci., 6648, Springer, Heidelberg, 2011, 124–132
  10. J. H. Conway, R. K. Guy, “Sets of natural numbers with distinct subset sums”, Notices Amer. Math. Soc., 15 (1968), 345
  11. N. D. Elkies, “An improved lower bound on the greatest element of a sum-distinct set of fixed order”, J. Combin. Theory Ser. A, 41:1 (1986), 89–94
  12. P. Erdös, “Problems and results in additive number theory”, Colloque sur la theorie des nombres (Bruxelles, 1955), George Thone, Liège; Masson and Cie, Paris, 1956, 127–137
  13. J. Forster, “A linear lower bound on the unbounded error probabilistic communication complexity”, J. Comput. System Sci., 65:4 (2002), 612–625
  14. F. Green, “A complex-number Fourier technique for lower bounds on the Mod-$m$ degree”, Comput. Complexity, 9:1 (2000), 16–38
  15. A. Hajnal, W. Maass, P. Pudlak, M. Szegedy, G. Turan, “Threshold circuits of bounded depth”, J. Comput. System Sci., 46:2 (1993), 129–154
  16. K. A. Hansen, “Computing symmetric Boolean functions by circuits with few exact threshold gates”, Computing and combinatorics (COCOON 2007) (Banff, 2007), Lecture Notes in Comput. Sci., 4598, Springer, Berlin, 2007, 448–458
  17. K. A. Hansen, “Depth reduction for circuits with a single layer of modular counting gates”, Computer science – theory and applications (CSR 2009) (Novosibirsk, 2009), Lecture Notes in Comput. Sci., 5675, Springer, Berlin, 2009, 117–128
  18. K. A. Hansen, V. V. Podolskii, “Exact threshold circuits”, 25th annual {IEEE} conference on computational complexity (CCC 2010) (Cambridge, MA, 2010), IEEE Computer Soc., Los Alamitos, CA, 2010, 270–279
  19. K. A. Hansen, V. V. Podolskii, “Polynomial threshold functions and Boolean threshold circuits”, Inform. and Comput., 240 (2015), 56–73
  20. J. Hastad, “On the size of weights for threshold gates”, SIAM J. Discrete Math., 7:3 (1994), 484–492
  21. J. Hertz, A. Krogh, R. G. Palmer, Introduction to the theory of neural computation, Santa Fe Inst. Stud. Sci. Complexity Lecture Notes, I, Addison-Wesley Publishing Company, Redwood City, CA, 1991, xxii+327 pp.
  22. S. Muroga, I. Toda, S. Takasu, “Theory of majority decision elements”, J. Franklin Inst., 271:5 (1961), 376–418
  23. S. Muroga, Threshold logic and its applications, Wiley-Interscience [John Wiley & Sons], New York–London–Sydney, 1971, xiv+478 pp.
  24. I. Parberry, Circuit complexity and neural networks, Found. Comput. Ser., MIT Press, Cambridge, MA, 1994, xxxiv+270 pp.
  25. V. V. Podolskii, “A uniform lower bound on weights of perceptrons”, Computer science – theory and applications (Moscow, 2008), Lecture Notes in Comput. Sci., 5010, Springer, Berlin, 2008, 261–272
  26. В. В. Подольский, “Перцептроны с большим весом”, Пробл. передачи информ., 45:1 (2009), 51–59
  27. D. R. Smith, “Bounds on the number of threshold functions”, IEEE Trans. Electronic Computers, EC-15:3 (1966), 368–369
  28. N. Vyas, R. R. Williams, “Lower bounds against sparse symmetric functions of ACC circuits: Expanding the reach of #SAT algorithms”, 37th international symposium on theoretical aspects of computer science (STACS 2020) (Montpellier, 2020), LIPIcs. Leibniz Int. Proc. Inform., 154, Schloss Dagstuhl. Leibniz-Zent. Inform., Wadern, 2020, 59, 17 pp.
  29. R. R. Williams, “Limits on representing Boolean functions by linear combinations of simple functions: thresholds, ReLUs, and low-degree polynomials”, 33rd computational complexity conference (CCC 2018) (San Diego, CA, 2018), LIPIcs. Leibniz Int. Proc. Inform., 102, Schloss Dagstuhl. Leibniz-Zent. Inform., Wadern, 2018, 6, 24 pp.
  30. J. Williamson, “Determinants whose elements are $0$ and $1$”, Amer. Math. Monthly, 53:8 (1946), 427–434
  31. S. Yajima, T. Ibaraki, “A lower bound on the number of threshold functions”, IEEE Trans. Electronic Computers, EC-14:6 (1965), 926–929
  32. G. M. Ziegler, “Lectures on 0/1-polytopes”, Polytopes – combinatorics and computation (Oberwolfach, 1997), DMV Sem., 29, Birkhäuser, Basel, 2000, 1–41
  33. Д. К. Фаддеев, И. С. Соминский, Сборник задач по высшей алгебре, Наука, М., 1975, 304 с.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML

© Babai L., Hansen K.A., Podolskii V.V., Sun X., 2021

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».