Hacker News 中文摘要

RSS订阅

NP-被高估 -- NP-Overrated

文章摘要

文章指出,人们常误以为NP难问题在现实中无法解决,但实际上理论上的最坏情况并不影响大多数实际应用。许多NP难问题(如依赖解析、类型检查)在绝大多数输入上都能快速求解,因此不应被理论吓倒。

文章总结

标题:NP问题被高估了

如果你在大学学过NP难问题,你大概会得出这样的结论:NP难问题理论上可解,但实际计算成本高得离谱,基本上已被证明不存在高效算法。至少我当初是这么理解的,和我聊过的人以及网上许多人也这么认为。我经常看到“不行,这做不到,因为它是NP难问题”之类的讨论。这种误解很普遍,但这些难题并非无法解决。

当时,我的教授在最后一节课上以戏剧性的话语结束(我稍作转述):“现在你们知道了,几乎所有有趣的问题都是不可判定的,而剩下的问题中,几乎全是NP难问题。这对计算机科学项目来说,等于钉上了最后一颗棺材钉。” 这种悲观的表述或许解释了为什么误解如此根深蒂固。

理论本身没错,但在实践中往往无关紧要。当然,任何算法在某些输入上都会崩溃,但你可能在99.9%的输入上得到快速解,或者100%的相关输入上都能高效运行。理论并不排除这种可能性。正如本杰明·布鲁斯特所说:“理论上,理论和实践没有区别;但实践中,区别是存在的。”

几个著名的NP难问题包括:依赖解析(如包管理器)、类型检查(并非所有类型系统)、调度问题、旅行商问题以及布尔可满足性问题(SAT)。对于前两者,最坏情况几乎不会出现。安装包或类型检查可能慢,但在我职业生涯中从未见过灾难性崩溃。调度和旅行商问题本质上是优化问题,大家都知道可以用启发式方法处理,但不必牺牲最优性。我们有工具能在合理时间内找到可证明的最优解,这并非魔法或量子计算,而是通过更深入的思考和更优的算法实现的。事实上,过去几十年算法加速已超过硬件性能提升。一篇论文指出,1991年至2015年间,算法速度提升了4500亿倍。

最后,即使是NP难问题的典型代表SAT,也能大规模常规求解。亚马逊每天解决十亿个SMT问题(SMT是SAT的更难版本)。SAT算法已如此出色,以至于它现在被视为容易的部分。万一遇到最坏情况怎么办?你不需要等待宇宙热寂。HTTP请求有时也会超时。加个超时设置,显示错误信息——你知道该怎么做。

评论总结

根据评论内容,总结如下:

核心观点:NP难问题在实践中并非不可解决,关键在于放松约束或利用问题结构。

1. 理论上的NP难不等于实际不可解 - 多数评论认为,NP难问题的理论最坏情况在实践中很少出现。实际应用中的问题往往具有特殊结构,可通过启发式方法或近似算法高效求解。 - 关键引用: - "The general version of a problem being NP-complete doesn't mean that cases of practical interest are all necessarily intractable." (WCSTombs) - "What makes NP-hard problems difficult is almost always the combinatorial explosion related to specific problem configurations... But for most practical problems you don't reach those explosive configurations." (andrewla)

2. 实践中的常见策略:放松约束、使用启发式、限制问题空间 - 评论指出,解决NP难问题的常用方法包括:放弃最优性(使用近似算法)、限制问题子集(如包管理器简化依赖条件)、利用启发式剪枝、以及针对特定问题设计高效算法。 - 关键引用: - "Package managers are designed the way they are because of the inherent NP-hardness, not despite it... NPM, yarn etc drop 3) which makes it not NP hard. Go limits itself to minimum version selection which admits a linear time solution." (porridgeraisin) - "Once you admit approximations the theoretical problem trades places with a more interesting one: what is the Pareto frontier of loss vs complexity?" (esafak) - "In many cases NP-Hard problems may be approximated with a guaranteed lower bound of accuracy." (hingler36)

3. 对文章观点的批评:过度乐观 - 部分评论认为,文章在纠正“NP难=不可解”的误解时,走向了另一个极端,错误地声称可以“不牺牲最优性”地解决NP难问题。实际上,实践中必须牺牲最优性或通用性。 - 关键引用: - "The author justifiably attacks the notion that 'NP-hard' == 'too hard to solve in practice', but then makes the opposite error... You have to sacrifice optimality." (sfink) - "No, we absolutely do not [have tools that can find provably optimal solutions in reasonable time]. Again, not unless someone has secretly come up with a constructive proof of P=NP." (sfink)

4. 现实案例:包管理器、类型检查、正则表达式等 - 评论列举了多个实际例子,说明NP难问题在特定场景下可能遇到困难(如Swift类型检查、旧版Debian的aptitude),但通常通过设计约束(如Go的MVS)或启发式方法得以解决。 - 关键引用: - "Swift was infamous of having exponential time type inference that made expressions like "foo" + "bar" + "baz" + "qux" + 123 take literal minutes to fail with a compiler error." (murderfs) - "Sometimes aptitude needs to downgrade a package... its search strategy is genuinely intractable if you don't help it along." (tux3)

5. 对NP难理论价值的肯定 - 有评论强调,NP完全性理论的价值在于指导算法设计者选择正确方向(如放弃精确算法、转向启发式或近似算法),而非阻止实践。 - 关键引用: - "The primary application of the theory of NP-completeness is to assist algorithm designers in directing their problem-solving efforts toward those approaches that have the greatest likelihood of leading to useful algorithms." (tzs, 引用Garey & Johnson)

总结: 评论普遍认为,NP难问题在实践中可通过放松约束(如近似、启发式、限制问题空间)有效解决,但文章对“不牺牲最优性”的表述过于乐观。理论NP难性应指导实践策略,而非成为障碍。