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计算机科学 > 计算复杂性

arXiv:2510.08577 (cs)
[提交于 2025年8月29日 (v1) ,最后修订 2025年10月19日 (此版本, v2)]

标题: Psi图灵机:复杂性障碍和预言机分离的有界内省

标题: Psi-Turing Machines: Bounded Introspection for Complexity Barriers and Oracle Separations

Authors:Rafig Huseynzade
摘要: 我们引入Psi-Turing机(Psi-TM):配备常数深度内省接口$ \iota $和显式每步信息预算$ B(d,n)=c\,d\log_2 n $的经典图灵机。 在接口冻结的情况下,我们开发了一个信息论下界工具包:预算计数、$ \Psi $-欺骗和$ \Psi $-法诺,带有工作示例$ L_k $和$ L_k^{\mathrm{phase}} $。 我们证明了一个相对预言机的分离$ P^{\Psi} \neq NP^{\Psi} $和一个严格的深度层次结构,由一个反模拟钩子强化,该钩子在预算制度下通过使用许多对$ \iota_{k-1} $的调用,排除了对$ \iota_k $的多项式模拟。 我们还介绍了两个独立的平台(Psi-决策树和接口约束电路 IC-AC$^{0}$/IC-NC$^{1}$)以及在机器、树和电路之间转移界限的桥梁,具有显式的多项式/对数损失。 该模型在$ \iota $之外保留了经典的计算能力,同时能够关于障碍(相对化;自然证明和证明复杂性的部分/条件进展)做出精确的预言机感知陈述。 目标是一个标准化的最小内省接口,其信息预算明确计算。
摘要: We introduce Psi-Turing Machines (Psi-TM): classical Turing machines equipped with a constant-depth introspection interface $ \iota $ and an explicit per-step information budget $ B(d,n)=c\,d\log_2 n $. With the interface frozen, we develop an information-theoretic lower-bound toolkit: Budget counting, $ \Psi $-Fooling, and $ \Psi $-Fano, with worked examples $ L_k $ and $ L_k^{\mathrm{phase}} $. We prove an oracle-relative separation $ P^{\Psi} \neq NP^{\Psi} $ and a strict depth hierarchy, reinforced by an Anti-Simulation Hook that rules out polynomial emulation of $ \iota_k $ using many calls to $ \iota_{k-1} $ under the budget regime. We also present two independent platforms (Psi-decision trees and interface-constrained circuits IC-AC$^{0}$/IC-NC$^{1}$) and bridges that transfer bounds among machine, tree, and circuit with explicit poly/log losses. The model preserves classical computational power outside $ \iota $ yet enables precise oracle-aware statements about barriers (relativization; partial/conditional progress on natural proofs and proof complexity). The aim is a standardized minimal introspection interface with clearly accounted information budgets.
评论: 60页,6个图。包含Lean和Isabelle中的双重形式化,一个零风险图附录,以及基于CI的压力测试;规范陈述已修复;备选方案已记录。补充代码和脚本:https://github.com/Acloyer/Psi-TM
主题: 计算复杂性 (cs.CC) ; 形式语言与自动机理论 (cs.FL); 计算机科学中的逻辑 (cs.LO)
MSC 类: 68Q15 (Primary) 68Q05, 68Q17, 03D15 (Secondary)
ACM 类: F.1.3; F.1.1; F.4.1
引用方式: arXiv:2510.08577 [cs.CC]
  (或者 arXiv:2510.08577v2 [cs.CC] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.08577
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Rafig Huseynzade [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 8 月 29 日 14:13:44 UTC (686 KB)
[v2] 星期日, 2025 年 10 月 19 日 00:29:45 UTC (1,647 KB)
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