Θεωρητική Πληροφορική ΙΙ: Υπολογιστική Πολυπλοκότητα (ΣΗΜΜΥ, ΣΕΜΦΕ), Δομική Πολυπλοκότητα (ΜΠΛΑ)

εαρινό εξάμηνο 2011-2012

ΓενικάΑνακοινώσειςΔιαλέξεις-ΠαρουσιάσειςΥλικό-Βιβλιογραφία

Γενικά

Διδάσκοντες

  • Στάθης Ζάχος, Καθηγητής ()
  • Άρης Παγουρτζής, Επίκουρος Καθηγητής ()

Βοηθός διδασκαλίας

  • Αντώνης Αντωνόπουλος ()

Έναρξη μαθήματος

Πέμπτη, 15 Μαρτίου 2012

Διαλέξεις

Πέμπτη 14:00-17:00, αίθουσα 1.1.31 (παλαιό) Κτίριο Ηλεκτρολόγων, Ε.Μ.Π.

Ώρες Γραφείου

  • Τετάρτη, 5:00-7:00, Εργαστήριο Λογικής και Επιστήμης Υπολογισμών (CoReLab), Αίθουσα 1.1.3, Παλαιά Κτίρια Ηλεκτρολόγων
  • Πέμπτη, 5:00-7:00 (μετά το μάθημα), Εργαστήριο Λογικής και Επιστήμης Υπολογισμών (CoReLab), Αίθουσα 1.1.3, Παλαιά Κτίρια Ηλεκτρολόγων

Προαπαιτούμενα

Μαθήματα σε Θεωρία Υπολογισιμότητας & Αλγόριθμους και Πολυπλοκότητα.

Περιεχόμενο μαθήματος

  • Σχέσεις και αναγωγές μεταξύ κλάσεων πολυπλοκότητας. Ιεραρχίες (πολυωνυμική, προσεγγιστική κλπ).
  • Διαλογικά Συστήματα Αποδείξεων (Interactibe Proofs): Private vs public coins, Arthur-Merlin Games, Arithmetization and IP=PSPACE, zero-knowledge etc.
  • Πιθανοτικά Ελέγξιμες Αποδείξεις (PCPs): Constraint Satisfaction problems, low-degree testing, self-corrections of polynomials, PCP characterization of NP and NEXP, PCPs and Hardness of Approximations: Inapproximability results.
  • Natural Proofs and Circuit Lower Bounds
  • Counting Complexity: Main Classes, Valiant's and Toda's Theorems, Approximate Counting etc.
  • Measure and Dimension in Complexity Classes
  • Decision Trees
  • Pseudorandomness: Pseudorandom Constructions, Expander Graphs, Applications to Complexity, Randomness Extractors.
  • Derandomization of Complexity Classes: Basic introduction to the field, the nature of randomness in computation and mathematics, Non-Uniform Derandomization, Uniform Derandomization of BPP, RP, AM and AM∩coAM.
  • Various Techniques and Notions in Structural Complexity Theory: Downward and Random self-reducibility, Bi-immunity, Mitoticity, sparse and tally sets, Density, Padding, Polynomial-time isomorphism, Infinity Often and Almost Everywhere Hierarchies, Hierarchies for semantic classes, Promise Problems, Reductions (Karp, Cook, 1-1, truth-table, query-monotonic) and relations among them, Arithmetization & Algebrization techniques, Tournament Divide & Conquer technique, Isolation technique, Witness Reduction technique, Random Restriction technique etc.
  • Other Topics (to be selected by the participants): Hardness Amplification and Error-Correcting Codes, Alebraic Computation, Proof Complexity, Communication Complexity, Parameterized Complexity, Average-Case Complexity etc.

Βιβλιογραφία

  1. S. Arora and B. Barak, Complexity Theory: A Modern Approach, 2008, Princeton University. (draft available here.)
  2. O. Goldreich, Computational Complexity: A Conceptual Perspective, 2008, Cambridge University Press. (draft available here.)
  3. L. A. Hemaspaandra and M. Ogihara, The Complexity Theory Companion, 2002, Springer.
  4. L. Trevisan, Lecture Notes in Computational Complexity, 2002, UC Berkeley.
  5. S. Homer and A. L. Selman, Computability and Complexity Theory, 2001, Springer.
  6. C. H. Papadimitriou, Computational Complexity, 1994, Addison Wesley.
  7. M. R. Garey and D. S. Johnson, Computers and Intractability - A guide to the theory of NP-completeness,1979, Freeman.

Ανακοινώσεις

  • [NEW!] Βαθμοί Ιουνίου 2012
  • Εργασία (Σειρά Ασκήσεων)
  • Προτεινόμενα θέματα (Syllabus)
  • Το μάθημα θα διαρκέσει 17 εβδομάδες, και θα γίνει με με την μορφή ομιλιών-παρουσιάσεων.
    Απαραίτητα για την προβιβάσιμη βαθμολογία στο μάθημα είναι:
    1. (Τουλάχιστον) μία ομιλία-παρουσίαση από τα προτεινόμενα θέματα, ή με πρόταση του φοιτητή, αρκεί να είναι συγγενής με το αντικείμενο του μαθήματος.
    2. Παράδοση Εργασίας (θα ανακοινωθεί ένα μήνα πριν την λήξη του μαθήματος).
    3. Ικανοποιητική συμμετοχή στο μάθημα (παρουσίες).

Διαλέξεις - Παρουσιάσεις

Η/Μ Ομιλητής Θέμα - Περιεχόμενο
15/3/12
Σ. Ζάχος
Εισαγωγή - Διαδικαστικά
Hierarchies of Complexity Classes (Slides)
22/3/12 Α. Αντωνόπουλος Interactive Proof Systems: IPs, AMs, PCPs (Slides)
Part 1: Interactive Proofs and Arthur-Merlin Games
29/3/12 Α. Αντωνόπουλος Interactive Proof Systems: IPs, AMs, PCPs
Part 2: Arithmetization (IP=PSPACE) & A Basic Introduction to PCPs
5/4/12 Θ. Λιανέας Expanders and L=SL (Reingold's Theorem)
26/4/12 Α. Göbel Complexity Classes of Counting Problems (Slides)
3/5/12 Α. Göbel
Χ. Αγγελιδάκης
Complexity Classes of Counting Problems (cont'd)
PCPs, Hardness of Approximation & The Unique Games Conjecture (Slides)
10/5/12 Χ. Αγγελιδάκης PCPs, Hardness of Approximation & The Unique Games Conjecture (cont'd)
17/5/12 Γ. Κοκκίνης
Π. Γροντάς
Natural Proofs (Slides)
Pseudorandomness: Pseudorandom Generators (Slides)
24/5/12 Π. Γροντάς
Α. Αντωνόπουλος
Pseudorandom Generators (cont'd)
Derandomization of Complexity Classes
31/5/12 Μ. Γεωργίου &
Α. Ψωμάς
Quantum Complexity (Slides)
7/6/12 Μ. Γεωργίου &
Α. Ψωμάς
Ε. Μπακάλη
Quantum Complexity (cont'd)

Pseudorandomness: Randomness Extractors
14/6/12 Ε. Μπακάλη Pseudorandomness: Randomness Extractors (cont'd)
21/6/12 Π. Θεοφιλόπουλος
Χ. Λίτσας
Promise Problems (Slides)
Worst vs. Average-Case Complexity in Lattice Problems (Slides)
28/6/12 Χ. Λίτσας

Α. Göbel &
Σ. Δεσποτάκης
Worst vs. Average-Case Complexity in Lattice Problems (cont'd)
A complexity dichotomy for counting Constraint Satisfaction Problems (#CSPs) (Slides)
5/7/12 Χ. Γαλανάκη

Κ. Κοιλιάρης
Algebrization: A new barrier in Complexity Theory (Slides)
Measure & Dimension in Complexity Classes (Slides)
12/7/12 Α. Αντωνόπουλος Expander Graphs & Applications to Computational Compexity (Slides)
19/7/12 Παρουσίαση Ασκήσεων

Υλικό - Βιβλιογραφία

Interactive Proof Systems

Counting Complexity

Probabilistically Checkable Proofs & Hardness of Approximation

  • S. Arora, How NP got a new definition: a survey of probabilistically checkable proofs, CoRR cs.CC/0304038, 2003
  • Prasad Raghavendra, Optimal algorithms and inapproximability results for every CSP?, STOC 2008: 245-254
  • Lance Fortnow, John Rompel, Michael Sipser, On the Power of Multi-Prover Interactive Protocols, Theor. Comput. Sci. 134(2): 545-557 (1994)
  • Irit Dinur, Probabilistically Checkable Proofs and Codes, Proceedings of the International Congress of Mathematicians, Hyderabad, India, 2010
  • Uriel Feige, A Threshold of ln n for Approximating Set Cover, J. ACM 45(4): 634-652 (1998)
  • Luca Trevisan, Inapproximability of Combinatorial Optimization Problems, CoRR cs.CC/0409043: (2004)
  • Subhash Khot, On the Unique Games Conjecture (Invited Survey), IEEE Conference on Computational Complexity 2010: 99-121

Natural Proofs

Pseudorandomness & Derandomization

Expander Graphs

Applications to Complexity Theory

Randomness Extractors

Quantum Computation & Complexity

Measure and Dimension in Complexity Classes