LEARN-Uniform Circuit Lower Bounds and Provability in Bounded Arithmetic
Notice bibliographique
Résumé
We investigate randomized LEARN-uniformity, which captures the power of randomness and equivalence queries (EQ) in the construction of Boolean circuits for an explicit problem. This is an intermediate notion between P-uniformity and non-uniformity motivated by connections to learning, complexity, and logic. Building on a number of techniques, we establish the first unconditional lower bounds against LEARN-uniform circuits: –For all$c\geq 1$, there is$L\in \mathsf{P}$that is not computable by circuits of size$n\cdot(\log n)^{c}$generated in deterministic polynomial time with$o(\log n/\log\log n)$equivalence queries to$L$. In other words, small circuits for$L$cannot be efficiently learned using a bounded number of EQs. –For each$k\geq 1$, there is$L\in \mathsf{NP}$such that circuits for$L$of size$O(n^{k})$cannot be learned in deterministic polynomial time with access to$n^{o(1)}$EQs. –For each$k\geq 1$, there is a problem in promise-ZPP that is not in FZPP-uniform$\mathsf{SIZE}[n^{k}]$. –Conditional and unconditional lower bounds against LEARN-uniform circuits in the general setting with randomized uniformity and access to EQs. In all these lower bounds, the learning algorithm may run in arbitrary polynomial time, while the hard problem is computed in some fixed polynomial time. We employ these results to investigate the (un)provability of non-uniform circuit upper bounds (e.g., Is N P contained in$\mathsf{SIZE}[n^{3}]?)$in theories of bounded arithmetic. Some questions of this form have been addressed in recent papers of Krajíček-Oliveira (2017), Müller-Bydzovsky (2020), and Bydzovsky-Krajíček-Oliveira (2020) via a mixture of techniques from proof theory, complexity theory, and model theory. In contrast, by extracting computational information from proofs via a direct translation to LEARN-uniformity, we establish robust unprovability theorems that unify, simplify, and extend nearly all previous results. In addition, our lower bounds against randomized LEARN-uniformity yield unprovability results for theories augmented with the dual weak pigeonhole principle, such as APC1(Jeřábek, 2007), which is known to formalize a large fragment of modern complexity theory. Finally, we make precise potential limitations of theories of bounded arithmetic such as PV (Cook, 1975) and Jeřábek's theory APC1, by showing unconditionally that these theories cannot prove statements like “$\mathsf{NP}\not\subseteq \mathsf{BPP}\wedge \mathsf{NP}\subset \mathsf{io}-\mathsf{P}/\mathsf{poly}$”, i.e., that N P is uniformly “hard” but non-uniformly “easy” on infinitely many input lengths. In other words, if we live in such a complexity world, then this cannot be established feasibly.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,010 | 0,079 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,003 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,003 | 0,005 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,003 |
| Études des sciences et des technologies | 0,003 | 0,008 |
| Communication savante | 0,008 | 0,032 |
| Science ouverte | 0,008 | 0,011 |
| Intégrité de la recherche | 0,004 | 0,014 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,018 | 0,003 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».