कंप्यूटर विज्ञान के लिए लीनियर सिस्टम इतने महत्वपूर्ण क्यों हैं?


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मैंने गणितीय अनुकूलन के साथ हाल ही में जुड़ना शुरू कर दिया है और इसे प्यार कर रहा हूं। ऐसा लगता है कि अनुकूलन समस्याओं का एक बहुत आसानी से व्यक्त किया जा सकता है और रैखिक कार्यक्रमों के रूप में हल किया जा सकता है (उदाहरण के लिए नेटवर्क प्रवाह, बढ़त / शीर्ष कवर, यात्रा विक्रेता आदि) मुझे पता है कि उनमें से कुछ एनपी-हार्ड हैं, लेकिन बिंदु यह है कि वे हो सकते हैं fr एक रेखीय कार्यक्रम के रूप में तैयार किया गया ’यदि आशातीत रूप से हल नहीं किया गया है।

मुझे यह सोचकर मिला: हमें पूरे स्कूल / कॉलेज में हमेशा रेखीय समीकरण, रैखिक बीजगणित की प्रणाली सिखाई गई है। और विभिन्न एल्गोरिदम को व्यक्त करने के लिए एलपी की शक्ति देखकर यह थोड़े आकर्षक है।

प्रश्न: हालांकि हमारे पास गैर-रेखीय प्रणालियां हमारे चारों ओर प्रचलित हैं, लेकिन रैखिक प्रणालियां कंप्यूटर विज्ञान के लिए इतनी महत्वपूर्ण क्यों हैं? मैं समझता हूं कि वे समझ को सरल बनाने में मदद करते हैं और अधिकांश समय कम्प्यूटेशनल रूप से ट्रैक्टेबल होते हैं लेकिन क्या ऐसा है? यह 'सन्निकटन' कितना अच्छा है? क्या हम ओवर-सरलीकरण कर रहे हैं और क्या परिणाम अभी भी व्यवहार में सार्थक हैं? या यह सिर्फ 'प्रकृति' है यानी जो समस्याएं सबसे अधिक आकर्षक हैं वे वास्तव में केवल रैखिक हैं?

क्या यह सुरक्षित है कि 'रैखिक बीजगणित / समीकरण / प्रोग्रामिंग' सीएस के कोने के पत्थर हैं? यदि नहीं, तो एक अच्छा विरोधाभास क्या होगा? हम कितनी बार गैर-रेखीय सामान का सौदा करते हैं (मैं जरूरी नहीं कि सैद्धांतिक रूप से, बल्कि एक 'सॉल्वैबिलिटी' के दृष्टिकोण से भी हो सकता है), बस यह कह रहा है कि यह एनपी इसे काट नहीं करता है, समस्या का एक अच्छा अनुमान होना चाहिए और यह जमीन होगी रैखिक हो रहा है?)


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मैं नीचे नहीं गया, लेकिन मैं यह नहीं देखता कि ट्रैक्टेबिलिटी आपके लिए संतोषजनक जवाब क्यों नहीं है। कुछ दिलचस्प सटीक इंद्रियां हैं जिनमें गैर-उत्तल समस्याएं उदाहरण के लिए भिन्न होती हैं। arxiv.org/abs/1210.0420
कॉलिन मैकक्लिअन

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डाउनवोटर्स के पास कई कारण हो सकते हैं कि वे टिप्पणी क्यों न करें।
टायसन विलियम्स

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इसे देखने का एक तरीका यह है कि किसी भी एनपी समस्या को बहुपद समय में पूर्णांक प्रोग्रामिंग के लिए कम किया जा सकता है, और फिर पूर्णांक प्रोग्रामिंग समस्या को शांत किया जा सकता है। लेकिन हम वर्णक्रमीय तकनीक और एसडीपी छूट का उपयोग करते हैं, जो द्विघात अनुकूलन समस्याएँ हैं जो कुशलता से हल करने योग्य हैं।
साशो निकोलोव

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इस प्रश्न में "लीनियर सिस्टम" का क्या अर्थ है?
त्सुयोशी इतो

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रेखीय प्रणालियाँ पूरे विज्ञान काल में पाई जाती हैं .... इसका एक सरलीकरण जो आश्चर्यजनक रूप से उच्च लाभ प्राप्त करता है .... यह प्राकृतिक विज्ञानों में गणित की अनुचित प्रभावशीलता के लिए एक छोटा सा लक्षण है । जाहिरा तौर पर सीएस "प्राकृतिक विज्ञानों" की इस श्रेणी में फिट बैठता है। ".... यह भौतिकी के साथ घनिष्ठ रूप से जुड़ा हुआ है, यकीनन हर समय तेजी से बढ़ रहा है [जैसे सिकुड़ते ट्रांजिस्टर, गर्मी अपव्यय, निम्न स्तर QM, ऊर्जा की खपत, एन्ट्रापी, आदि का अध्ययन] ....
vzn

जवाबों:


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प्रश्न का आधार थोड़ा त्रुटिपूर्ण है: ऐसे कई लोग हैं जो यह तर्क देंगे कि ट्रैक्टेबिलिटी और मॉडलिंग के लिए क्वाड्रैटिक्स वास्तविक "सीमा" हैं, क्योंकि कम से कम वर्ग की समस्याएं रैखिक समस्याओं के रूप में लगभग 'आसान' हैं। ऐसे अन्य लोग हैं जो तर्क देते हैं कि उत्तलता (या कुछ मामलों में सूक्ष्मता) भी ट्रैक्टिबिलिटी के लिए सीमा है।

शायद जो अधिक प्रासंगिक है वह यह है कि "लीनियर सिस्टम ट्रैक्टेबल समाधान क्यों स्वीकार करते हैं?" जो आपने पूछा है वह ठीक नहीं है, लेकिन संबंधित है। इस पर एक परिप्रेक्ष्य काबिलियत है। चूंकि एक रैखिक प्रणाली की परिभाषित संपत्ति वह है(एक्स+y)=(एक्स)+(y), यह सिस्टम को "स्मृतिहीनता" का एक प्रकार प्रदान करता है। एक समस्या के समाधान के लिए मैं व्यक्तिगत टुकड़ों पर ध्यान केंद्रित कर सकता हूं और उन्हें बिना किसी दंड के साथ जोड़ सकता हूं। वास्तव में, प्रवाह के लिए अधिकांश एल्गोरिदम का आधार ठीक यही है।

यह स्मृतिहीनता कार्यकुशलता प्रदान करती है: मैं चीजों को टुकड़ों में तोड़ सकता हूं, या पुनरावृति से काम कर सकता हूं, और मैं ऐसा करने से नहीं चूकता। मैं अभी भी खराब निर्णय (cf लालची एल्गोरिदम) कर सकता हूं लेकिन चीजों को विभाजित करने का कार्य मुझे चोट नहीं पहुंचाता है।

यही एक कारण है कि रैखिकता में इतनी शक्ति होती है। शायद कई अन्य हैं।


मुझे यह उत्तर पसंद है, लेकिन उन लोगों का तर्क है कि रैखिक प्रोग्रामिंग सीमा नहीं है, मैं इसके साथ जवाब देता हूं: "यह पी-पूर्ण है!" ;)।
Artem Kaznatcheev

हां, लेकिन क्या ऐसा है कि (उदाहरण के लिए) एसडीपी नहीं हैं?
सुरेश वेंकट

हमारे पास एक सीमा नहीं है, और P की कुछ सीमाएँ (जैसे कि चौकोर शब्दों के लिए सकारात्मक अर्ध-निश्चित मैट्रिक्स के साथ द्विघात प्रोग्रामिंग कहते हैं) अधिक सामान्य लगती हैं। असहमत होने का मेरा मतलब यह नहीं था कि पी-पूर्ण समस्याओं के बीच उठाते समय सीमा अधिक स्वाद की बात है।
Artem Kaznatcheev

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" हालांकि हमारे पास गैर-रेखीय प्रणालियां हमारे चारों ओर प्रचलित हैं कि कैसे / क्यों रैखिक प्रणालियां कंप्यूटर विज्ञान के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं?"

यहाँ मेरे दिमाग में एक आंशिक जवाब है: मुझे लगता है कि यह इसलिए है क्योंकि प्रकृति वस्तुओं / घटनाओं के साथ लाजिमी है - उन कार्यों द्वारा प्रतिनिधित्व करने योग्य जो कि उनके ऑपरेंड पर ग़ैर-मौजूद हैं, वास्तव में रैखिक रिक्त स्थान के सदस्य हैं। एक हिल्बर्ट अंतरिक्ष में लहर कार्य करता है, एक फूरियर स्पेक्ट्रम, बहुपद रिंग, स्टोकेस्टिक प्रक्रियाओं में घटक - वे सभी उस फैशन में व्यवहार करते हैं। यहां तक ​​कि घुमावदार स्थानों की बहुत सामान्य परिभाषाएं फ्लैट रिक्त स्थान (मैनिफोल्ड्स, रीमैन सतहें, ..) के छोटे चार्टों की रचना से बनी हैं। इसके अलावा, प्रकृति समरूपताओं से भरी हुई है और समरूपता का अध्ययन हमेशा रैखिक ऑपरेटरों (प्रतिनिधित्व सिद्धांत, मेरे दिमाग में, कभी-कभी कंप्यूटर विज्ञान के कई क्षेत्रों में रेंगता है) के अध्ययन में हो जाता है।

ये उन मामलों के अतिरिक्त हैं जहां ऑपरेटर स्वयं प्रकृति में रैखिक होते हैं।

समस्याओं का एक बड़ा अंश जिसके लिए हमें कंप्यूटर कार्यक्रमों की आवश्यकता होती है, या तो सीधे रूप में उत्पन्न होते हैं, या स्वाभाविक रूप से घटने वाली घटनाओं से अमूर्त होते हैं। शायद लीनियर सिस्टम का अध्ययन / समाधान सभी के लिए आश्चर्य का विषय नहीं होना चाहिए?


आह हाँ, नक्शे उठाने की अद्भुत खुशियाँ।
सुरेश वेंकट
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