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计算机科学 > 计算复杂性

arXiv:2505.13134 (cs)
[提交于 2025年5月19日 ]

标题: 一个近似最优的二次Goldreich-Levin算法

标题: A near-optimal Quadratic Goldreich-Levin algorithm

Authors:Jop Briët, Davi Castro-Silva
摘要: 本文给出了一个接近最优的二次Goldreich-Levin算法,在以下方面接近最优: 给定布尔超立方体$\mathbb{F}_2^n$上的一个有界函数$f$和任意$\varepsilon>0$,该算法返回一个二次多项式$q: \mathbb{F}_2^n \to \mathbb{F}_2$,使得$f$与函数$(-1)^q$的相关性在一个加法因子$\varepsilon$内达到与二次相位函数的最大可能相关性。 该算法运行时间是$O_\varepsilon(n^3)$,并且对$f$进行了$O_\varepsilon(n^2\log n)$次查询,这与信息论下限$\Omega(n^2)$次查询在对数因子内匹配。 由此,我们得到一系列推论: - 一个近似最优的二次Reed-Muller码自校正器,该校正器对布尔函数$O_\varepsilon(n^2\log n)$做$f$次查询,并返回一个与$q$相对汉明距离在最小距离$f$的$\varepsilon$范围内的二次多项式。 - 一个关于三阶Gowers一致性范数的算法逆定理。 一个算法对有界函数$f$进行多项式次数的查询,并将$f$分解为多项式$(1/\varepsilon)$次二次相位函数之和以及误差项,误差项的阶数为$\varepsilon$。 我们的算法采用了最近量子学习理论研究中的思想。 它的构建方式偏离了之前基于三阶一致范数逆定理的算法证明方法(特别是不依赖于近期多项式 Freĭman-Ruzsa 猜想的解决)。
摘要: In this paper, we give a quadratic Goldreich-Levin algorithm that is close to optimal in the following ways. Given a bounded function $f$ on the Boolean hypercube $\mathbb{F}_2^n$ and any $\varepsilon>0$, the algorithm returns a quadratic polynomial $q: \mathbb{F}_2^n \to \mathbb{F}_2$ so that the correlation of $f$ with the function $(-1)^q$ is within an additive $\varepsilon$ of the maximum possible correlation with a quadratic phase function. The algorithm runs in $O_\varepsilon(n^3)$ time and makes $O_\varepsilon(n^2\log n)$ queries to $f$, which matches the information-theoretic lower bound of $\Omega(n^2)$ queries up to a logarithmic factor. As a result, we obtain a number of corollaries: - A near-optimal self-corrector of quadratic Reed-Muller codes, which makes $O_\varepsilon(n^2\log n)$ queries to a Boolean function $f$ and returns a quadratic polynomial $q$ whose relative Hamming distance to $f$ is within $\varepsilon$ of the minimum distance. - An algorithmic polynomial inverse theorem for the order-3 Gowers uniformity norm. - An algorithm that makes a polynomial number of queries to a bounded function $f$ and decomposes $f$ as a sum of poly$(1/\varepsilon)$ quadratic phase functions and error terms of order $\varepsilon$. Our algorithm is obtained using ideas from recent work on quantum learning theory. Its construction deviates from previous approaches based on algorithmic proofs of the inverse theorem for the order-3 uniformity norm (and in particular does not rely on the recent resolution of the polynomial Fre\u{\i}man-Ruzsa conjecture).
评论: 37页,1张图
主题: 计算复杂性 (cs.CC) ; 组合数学 (math.CO)
引用方式: arXiv:2505.13134 [cs.CC]
  (或者 arXiv:2505.13134v1 [cs.CC] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.13134
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Jop Briët [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 5 月 19 日 14:03:36 UTC (31 KB)
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