URSS.ru Магазин научной книги
Обложка Босс В. Лекции по математике: Перебор и эффективные алгоритмы (криптография, квантовые вычисления и все такое) Обложка Босс В. Лекции по математике: Перебор и эффективные алгоритмы (криптография, квантовые вычисления и все такое)
Id: 321003
799 ₽

Лекции по математике:
Перебор и эффективные алгоритмы (криптография, квантовые вычисления и все такое). Т.10. Изд. стереотип.

2024. 214 с.
Белая офсетная бумага

Аннотация

Настоящий том лекций посвящен теории сложности алгоритмов в той ее части, где речь идет о противостоянии P- и NP-задач. В резонанс с проблемой «P против NP» входит обширная тематика: комбинаторные задачи на графах, неразрешимые проблемы теории алгоритмов, криптография, целочисленное программирование, вероятностные методы, квантовые вычисления, алгоритмы Хачияна и Кармаркара для линейного программирования, а также полиномиальный... (Подробнее)


Оглавление
top
Предисловие к «Лекциям»7
Предисловие к десятому тому9
Глава 1. Комбинаторные задачи10
1.1. Экспоненциальный кошмар10
1.2. Р-и NP-задачи11
1.3. Центральный вопрос и окружение17
1.4. Задачи на графах18
1.5. Целочисленное программирование25
1.6. Логические задачи27
1.7. (0, 1)-матрицы30
1.8. Простые и составные числа32
1.9. Комбинаторные механизмы33
Глава 2. Инструменты и декорации35
2.1. Вычислимые функции35
2.2. Перечислимые множества37
2.3. Неразрешимые проблемы39
2.4. Машины Тьюринга40
2.5. Полиномиальные алгоритмы45
2.6. Вычислительная сложность47
2.7. Задачи верхнего уровня49
Глава 3. Проблема Р = NP52
3.1. Класс Р52
3.2. Класс NP54
3.3. Сводимость и NP-полнота56
3.4. Универсальная переборная задача58
3.5. Теорема Кука59
3.6. Класс NPC62
3.7. Подход Левина64
3.8. Полиномиальное раздутие66
3.9. Будет ли решена проблема Р = NP67
Глава 4. Анатомия переборных задач69
4.1. Проблема co-NP=NP69
4.2. Сильная NP-полнота70
4.3. Кратчайший путь72
4.4. Максимальный поток и минимальный разрез75
4.5. Теория матроидов и жадный алгоритм76
4.6. Вариации МОД80
4.7. PSPACE-задачи80
4.8. Схемная сложность83
4.9. Интерактивные протоколы83
4.10. Релятивизация и оракулы86
4.11. Рамсеевские задачи88
Глава 5. Линейное программирование91
5.1. Постановка задачи91
5.2. Предыстория комбинаторного варианта95
5.3. Эффекты ограниченной точности97
5.4. Алгоритм эллипсоидов100
5.5. Природа алгоритма102
5.6. Методы внутренней точки103
5.7. Феномен целочисленных вершин104
Глава 6. Арифметика и криптография107
6.1. О причинах исключительности107
6.2. Тесты на простоту108
6.3. Полиномиальный тест AKS110
6.4. Алгоритмы факторизации112
6.5. Система RSA113
6.6. Вариант распознавания116
6.7. Дискретный логарифм117
6.8. Системы с нулевым разглашением119
6.9. Другие задачи120
6.10. Технические дополнения123
Глава 7. Геометрический подход126
7.1. Общая картина126
7.2. Выпуклые многогранники130
7.3. Циклические многогранники134
7.4. Линейные разделяющие деревья136
7.5. Алгоритмы прямого типа139
7.6. Релаксационные многогранники142
7.7. Аффинная сводимость144
7.8. Комментарии и дополнения146
Глава 8. Вероятностные алгоритмы148
8.1. Напоминание о смешанных стратегиях149
8.2. Интерактивные доказательства150
8.3. РСР-проблематика153
8.4. Рутинная колея155
8.5. Простые числа157
Глава 9. Прагматика и эвристика158
9.1. Сетевое программирование как обобщение динамическо-го158
9.2. Ареал жадного алгоритма160
9.3. Приближенные алгоритмы161
9.4. Метод ветвей и границ163
9.5. О задаче ЦЛП164
Глава 10. Квантовые вычисления166
10.1. В чем идея и каковы препятствия166
10.2. Основные понятия168
10.3. Вычисление и феномен измерения174
10.4. Квантовые вентили175
10.5. Алгоритм ускоренного поиска176
10.6. Квантовое преобразование Фурье177
10.7. Алгоритм факторизации Шора179
10.8. Антипод здравого смысла180
10.9. ЭПР-парадокс и скрытые параметры183
10.10. О перетягивании каната185
10.11. Комментарии и дополнения186
Глава 11. Сводка основных определений и результатов188
11.1. Список NP-полных задач188
11.2. Алгоритмы и вычислимость191
11.3. Проблема Р = NP192
11.4. Вокруг «Р или NP»193
11.5. Линейное программирование194
11.6. Арифметика и криптография195
11.7. Геометрический подход197
11.8. Вероятностные алгоритмы200
11.9. Квантовые вычисления201
Сокращения и обозначения203
Литература205
Предметный указатель207

Предисловие к десятому тому
top
Чего, собственно, ожидать на краю?
На грани, где возможное переходит в невозможное, жизнь – в смерть,
теорема – в парадокс. По сути – ожидать нечего.
Однако, как и в поиске смысла жизни,
основную роль здесь играют побочные эффекты.

Том планировалось назвать "Труднорешаемые задачи", но помешала двусмысленность толкования. Одни начинают думать о математических олимпиадах, другие – "где бы найти что-нибудь полегче". А речь-то идет о противоборстве перебора и целенаправленного поиска. Иначе говоря, содержание вращается вокруг знаменитой проблемы "P против NP", и вовлекает в круговорот многое за пределами. Можно ли кардинально избавиться от сложности решения при компактном описании исходных данных? Не вообще избавиться, а там, где перечисление организовано экономно. Ибо почему бы не найти ответ быстро, если данных много, но описание коротко? Проблема на вид проста, но ускользает, и аукается в таких закоулках, что мысль о "неисповедимых путях" обретает дополнительную опору.


Предисловие к "Лекциям"
top
Лучше изредка спотыкаться на деталях,
чем утопить общую картину в формальностях.

Для нормального изучения любого математического предмета необходимы, по крайней мере, 4 ингредиента:

1) живой учитель;

2) обыкновенный подробный учебник;

3) рядовой задачник;

4) учебник, освобожденный от рутины, но дающий общую картину, мотивы, связи, "что зачем".

До четвертого пункта у системы образования руки не доходили. Конечно, подобная задача иногда ставилась и решалась, но в большинстве случаев – при параллельном исполнении функций обыкновенного учебника. Акценты изНза перегрузки менялись, и намерения со второй-третьей главы начинали дрейфовать, не достигая результата. В виртуальном пространстве так бывает. Аналог объединения гантели с теннисной ракеткой перестает решать обе задачи, хотя это не сразу бросается в глаза.

"Лекции" ставят 4Нй пункт своей главной целью. Сопутствующая идея – экономия слов и средств. Правда, на фоне деклараций о краткости и ясности изложения предполагаемое издание около 20 томов может показаться тяжеловесным, но это связано с обширностью математики, а не с перегрузкой деталями.

Необходимо сказать, на кого рассчитано. Ответ "на всех" выглядит наивно, но он в какой-то мере отражает суть дела. Обозримый вид, обнаженные конструкции доказательств, – такого сорта книги удобно иметь под рукой. Не секрет, что специалисты самой высокой категории тратят массу сил и времени на освоение математических секторов, лежащих за рамками собственной специализации. Здесь же ко многим проблемам предлагается короткая дорога, позволяющая быстро освоить новые области и освежить старые. Для начинающих "короткие дороги" тем более полезны, поскольку облегчают движение любыми другими путями.

В вопросе "на кого рассчитано", – есть и другой аспект. На сильных или слабых? На средний вуз или физтех? Опять-таки выходит "на всех". Звучит странно, но речь не идет о регламентации кругозора. Простым языком, коротко и прозрачно описывается предмет. Из этого каждый извлечет свое и двинется дальше.

Наконец, последнее. В условиях информационного наводнения инструменты вчерашнего дня перестают работать. Не потому, что изучаемые дисциплины чересчур разрослись, а потому, что новых секторов жизни стало слишком много. И в этих условиях мало кто готов уделять много времени чему-то одному. Поэтому учить всему – надо как-то иначе. "Лекции" дают пример. Плохой ли, хороший – покажет время. Но в любом случае, это продукт нового поколения. Те же "колеса", тот же "руль", та же математическая суть, – но по-другому.


О загадке бестселлеров В.Босса
top

Книгу В.Босса "Интуиция и математика" я перечитал три раза! Потом еще раз, чтобы разобраться, в чем дело, но скрытых пружин так и не нашел. Конечно, великолепный подбор миниатюр, точный язык, мягкий юмор, располагающая интонация, – но все это вместе взятое не объясняет результат даже наполовину. Сын моего приятеля – парню 14 лет – выучил "Интуицию" почти наизусть. Измучил родителей вопросами, прочел гору дополнительной литературы. Понятно – особый случай, но показательный! В целом ситуация, безусловно, мягче. Однако отзывы все положительные, а процент восторженных – удивителен и необъясним.

"Лекции по математике" того же автора – другое дело. Кое-кто из моих коллег принял их в штыки, поскольку система образования, естественно, противится нововведениям. Лишняя головная боль для преподавателя. Тем не менее, в результате итогового обсуждения – первые два тома "Лекций" пришли к нам на отзыв – В.Босс получил высший бал.

Лично мне "Лекции" нравятся даже больше, чем "Интуиция". Ясное и продуманное изложение предмета. Лаконичное до неправдоподобия, но без ущерба для содержания. Вот что по этому поводу пишет сам автор: "Первая часть книги – сжатый курс матанализа. Чушь более сотни страниц, но "все есть". Некоторые детали, конечно, опускаются, но это не потери, а приобретения. Сбросив десяток лишних килограмм, человек выглядит лучше, живет интереснее. Так и здесь. Многие подробности мешают видеть суть. И освобождение от балласта, как ни странно, позволяет обсуждать принципиальные вопросы, на которые в толстых учебниках не хватает места".

Первый опыт показывает, что студенты – и сильные, и слабые – благосклонно принимают "Лекции". В этом еще одна удивительная, хотя и понятная особенность изложения. Короткий и ясный взгляд на предмет, обсуждение мотивов, общая картина, – нужны всем.

Наконец, я бы не писал в газету, если бы речь шла просто о хороших и даже очень хороших книгах. "Лекции" В.Босса, на мой взгляд, явление неординарное. Дело в том, что информационная лавина сейчас многое меняет. В результате, сложившаяся система образования подходит к критической точке. Конечно, как в доме накапливаются ненужные вещи, так и в образовании со временем укореняется масса атавизмов. Но хуже другое. То, без чего вроде бы нельзя обойтись, перестает помещаться в рамки. Поэтому необходимы новые подходы и принципы. "Лекции" обеспечивают прорыв в этом направлении.

Профессор МФТИ А.П.Афанасьев

Из интервью с В.Боссом
top

– Нельзя ли в двух словах о главной особенности "Лекций"?

– Диалектика обучения – во взаимодействии сторон. Понимание – умение. Суть – детали. "Лекции" добиваются понимания.

– Как?

– Правдами и неправдами (улыбается). Очень важно, например, поместить проблему "целиком в кадр". Чтобы видно было "сразу все".

– Объяснениями на пальцах?

– Когда как, только "коротко и ясно". Упрощения, недомолвки. Но главное – обнажение сути.

– А что посоветуете, если завтра экзамен, а в голове пусто?

– Таблетку димедрола.


В условиях информационного наводнения инструменты вчерашнего дня перестают работать. Поэтому учить надо как-то иначе. "Лекции" дают пример. Плохой ли, хороший – покажет время. Но в любом случае, это продукт нового поколения. Те же "колеса", тот же "руль", та же математическая суть, – но по-другому.

В.Босс

Из отзывов читателей:

Чтобы усвоить предмет, надо освободить его от деталей, обнажить центральные конструкции, понять, как до теорем можно было додуматься. Это тяжелая работа, на которую не всегда хватает сил и времени. В "Лекциях" такая работа проделывается автором.

Популярность книг В.Босса легко объяснима. Дается то, чего недостает: общая картина, мотивация, взаимосвязи. И самое главное – легкость вхождения в любую тему.

Содержание продумано и хорошо увязано. Громоздкие доказательства ужаты до нескольких строчек. Виртуозное владение языком.


Об авторе
top
photoБосс В.
Российский ученый, просветитель и популяризатор науки, заведующий сектором Института проблем управления Российской академии наук (ИПУ РАН); доктор физико-математических наук, профессор кафедры проблем управления Московского физико-технического института (МФТИ). Создатель и автор крупного Интернет-проекта «Школа Опойцева».

Практически вся его научная деятельность связана с работой в Институте проблем управления, где в качестве ведущего специалиста в области управления социальными и экономическими системами, статики и динамики сложных систем, он принимал участие во многих научно-прикладных программах и разработках. Руководил прикладными исследованиями для Госплана и Министерства связи СССР, а также крупной научно-исследовательской работой по расчету и оптимизации структуры бортовых вычислительных систем.

Талантливый лектор, Валерий Иванович всегда был увлечен просветительской деятельностью, часто разъезжал по стране, буквально — от Балтики до Камчатки, в качестве активного члена Общества «Знание» — «академии миллионов».

За время работы в Австралии (1998–2001) опубликовал множество статей по математике на английском языке и читал лекции для профессоров в Квинслендском университете.

Последние годы Валерий Иванович посвятил проекту «Школа Опойцева» — это книги, видеолекции и учебные материалы по математике и физике для высшего и школьного образования.

Он был убежден, что: «В условиях информационного наводнения инструменты вчерашнего дня перестают работать. Поэтому учить надо как-то иначе. „Лекции“ дают пример. Плохой ли, хороший — покажет время. Но в любом случае это продукт нового поколения. Те же „колеса“, тот же „руль“, та же математическая суть — но по-другому».