Теория дискретных функций. Схемная сложность булевых функций

Название спецкурса на английском языке
Theory of discrete functions. Circuit complexity of Boolean functions
Авторы курса
Кочергин Вадим Васильевич
Пререквизиты
Отсутствуют
Целевая аудитория
1-2 курс
3-6 курс, магистранты
Подразделение
[Кафедра дискретной математики]
Семестр
Осень
Тип спецкурса
Спецкурс по выбору кафедры
Учебный год
2025/26
Список тем
Вычисления униформные м неуниформные, условные и безусловные.
Схемная и формульная реализация (примеры: кубик Рубика, вычисление степеней, схемы конкатенации).
Схемы вычислений. Графовое представление схемы вычислений. Классическое определение схемы из функциональных элементов. Примеры. Правильная (монотонная) нумерация вершин.
Сложность. Примеры. Формульная и схемная сложность <<стрелки Пирса>> в базисе <<штрих Шеффера>>. Примеры точных линейных нижних оценок схемной сложности в различных базисах.
Схемы конкатенации. Примеры. Простейшие оценки. Задача об эффективном вычислении степеней. Порядок роста сложности возведения в $n$-ю степень.
Сложность систем функций. Сложность реализации системы всех слов длины $t$ схемами конкатенации. Сложность реализации системы всех элементарных конъюнкций длины $n$ от $n$ переменных.
Сложность реализации системы всех симметрических булевых функций от $2$ переменных. Сложность реализации системы всех монотонных булевых функций от $n$ переменных. Сложность реализация системы всех булевых функций от $n$ переменных.
Функция Шеннона сложности (схемной реализации булевых функций, для схем конкатенации, для задачи возведения в степень). Асимптотическая постановка задач. Метод Шеннона.
Асимптотически оптимальные методы построения схем конкатенации для двоичных слов и схем из элементов умножения для вычисления степеней.
Основная идея энтропийных (мощностных) нижних оценок. Оценки числа неприводимых схем заданной сложности.
Мощностная нижняя оценка сложности реализации булевой функции в произвольном конечном базисе. Мощностные нижние оценки для задачи сборки двоичных слов схемами конкатенации и для задачи возведения в степень (теорема Эрдёша, без доказательства).
Последовательность де Брёйна. Конструктивная нижняя оценка функции Шеннона сложности сборки двоичных слов схемами конкатенации.
Проблема нижних оценок для индивидуальных последовательностей булевых функций.
Асимптотически наилучший метод Лупанова построения схем для булевых функций в базисе $\{x\&y, x \vee y, \overline{x} \}$. Асимптотика функции Шеннона в этом базисе. Эффект Шеннона.
Понятие о методе локального кодирования. Реализация симметрических функций.
Сложность класса самодвойственных функций. Реализация функций на фиксированном числе последовательных наборов.
Инвариантные классы С. В. Яблонского, их дескриптивные и метрические свойства.
Сложность инвариантных классов. Теорема Яблонского о невозможности элиминации
перебора при построении последовательности асимптотически самых сложных функций.
Инверсионная сложность. Теорема Маркова о точном значении
инверсионной сложности произвольной системы булевых функций.
Сложность реализации системы линейных функций схемами из функциональных элементов в базисе $\{ x \oplus y \}$. Верхняя и нижняя оценки функции Шеннона, отличающиеся асимптотически не более чем вдвое. Теорема о двойственности. Асимптотика роста функции Шеннона в случае асимптотически совпадающего роста числа переменных и числа реализуемых линейных функций.
Контактные схемы. Физическая модель. Сложность контактных схем.
Контактное дерево для системы конъюнкций. Минимальность контактного дерева в классе разделительных схем.
Метод каскадов. Наилучший по порядку метод синтеза схем на основе метода каскадов.
Реализация линейной функции методом каскадов.
Разбиение наборов длины $2^m$ на непересекающиеся сферы. Асимптотически оптимальная реализация системы всех конъюнкций.
Мощностная нижняя оценка функции Шеннона сложности реализации булевых функций
контактными схемами.
Асимптотически наилучший метод О. Б. Лупанова синтеза контактных схем. Корректирование одного замыкания или размыкания без асимптотического увеличения сложности.
Список источников
1. Лупанов О. Б. О синтезе некоторых классов управляющих систем //
Проблемы кибернетики, вып. 10. --- М.: Физматгиз, 1963. ---
C 63--97.
2. Лупанов О. Б. Асимптотические оценки сложности управляющих
систем. --- М.: Изд-во Московского университета, 1984 (1-е издание); 2024 (2-е издание).
3. Яблонский С. В. Элементы математической кибернетики. --- М.:
Высшая школа, 2007.
4. Кочергин В. В. Лекции по дискретной математике. --- М.: Изд-во Московского университета, 2024 (серия "Классический университетский учебник").
Дополнительная информация

Если среди слушателей будут первокурсники, то спецкурс будет читаться так, что никакие предварительные специальные знания не потребуются.
Если среди слушателей не будет первокурсников, то в спецкурсу будут использоваться отдельные факты из курса ТДФ и первого семестра курса матанализа.

День недели
вторник
Время
16:45-18:20
Аудитория
1213
Дата первого занятия
Аудитория первого занятия
1213
Статус курса
Запись открыта
Форма записи на курс
Заполнение формы записи на курс доступно только студентам. Для записи на курс авторизуйтесь, пожалуйста, в студенческом аккаунте.