‹

10 · ความซับซ้อน

10 · ​ความซับซ้อน

​การไต่​สวน​ครั้ง​ที่สอง​ของ​ภาค II ​บท​ที่ 09 ​ถาม​ว่าการ​คำนวณ​ทำ​อะไร​ได้​บ้าง​ใน​หลักการ ​บท​นี้​ถาม​ว่า​มัน​ทำ​อะไร​ได้​ก่อน​เอกภพ​จะ​หมด​ความอดทน — ​และ​คำถาม​ที่สอง​นั้น​เป็น​แค่​เรื่อง​เชิง​ปฏิบัติ ​หรือ​คม​ลึก​เท่ากับ​ข้อ​แบ่งแยก​ใดๆ ​ที่​ปรัชญา​เคย​ขีด​ไว้

"​เป็นไปได้​ใน​หลักการ​แต่​ไม่​เป็นไปได้​ในทางปฏิบัติ" ​นับ​เป็นหมวดหมู่​เชิง​อภิปรัชญา​หรือไม่?

Boolean satisfiability ​มี​คุณสมบัติ​ประหลาด​ข้อ​หนึ่ง: ​ทุก​ปัญหา​ที่​คำตอบ​เสนอ​มา​แล้ว*​ตรวจสอบ*​ได้​เร็ว ​ล้วน​ลดรูป​มา​เป็นมัน​ได้​หมด Stephen Cook ​พิสูจน์​ข้อ​นี้​ใน​บทความ "The Complexity of Theorem-Proving Procedures" ​ที่​เสนอ​ต่อ​งาน ACM Symposium on Theory of Computing ​ครั้ง​ที่สาม ​เดือน​พฤษภาคม 1971 — ​โจทย์​คือ​ให้​สูตร​ตรรกะ​มา​หนึ่ง​สูตร ​แล้ว​ถาม​ว่า​มี​การกำ​หนด​ค่า​จริง/​เท็จ​ให้​ตัวแปร​แบบ​ใด​แบบ​หนึ่ง​ที่​ทำให้​สูตร​เป็นจริง​หรือไม่ ​สอง​ปี​ต่อมา Leonid Levin ​พิสูจน์​ทฤษฎีบท​เดียวกัน​เป๊ะ​ใน​สหภาพโซเวียต ​ถูก​ตัดขาด​จาก​วารสาร​ตะวันตก ​ไม่​เคย​เห็น​บทความ​ของ Cook — ​การลู่เข้า​หา​กัน​โดยอิสระ​ครั้ง​ที่สอง​สู่​ผลลัพธ์​เดียวกัน ​รูปทรง​เดียว​กับ Church ​และ Turing ​เมื่อ​สามสิบห้า​ปีก่อน​หน้า ​บทความ​ของ Richard Karp ​ปี 1972 ​เรื่อง "Reducibility Among Combinatorial Problems" ​ตามมา​ชี้​ว่า​ปัญหา​ยาก​ที่​คุ้นหน้า​กัน​ดี 21 ​ปัญหา — ​พนักงานขาย​เดินทาง (travelling salesman), ​การระบายสี​กราฟ, ​คลีค (clique) — ​ล้วน​เป็น satisfiability ​ที่​แปลงร่าง​มา Cook, Levin ​และ Karp ​ระบุ​รอยแยก​เดียวกัน​ได้: P ​คือ​คลาส​ของ​ปัญหา​ที่​แก้​ได้​เร็ว ​ส่วน NP ​คือ​คลาส​ที่​คำตอบ​ตรวจสอบ​ได้​เร็ว​เมื่อ​หา​เจอ​แล้ว P ​เท่ากับ NP ​หรือไม่ ​คือ​คำถามเปิด​ที่​สะเทือน​มาก​ที่สุด​ใน​คณิตศาสตร์ ​และ​ผู้เชี่ยวชาญ​แทบ​ทุกคน​เชื่อ​ว่า​คำตอบ​คือ​ไม่​เท่า

​ปรัชญา​โละ​เรื่อง​นี้​ทิ้ง​เป็นราย​ละเอียด​ทาง​วิศวกรรม​ไม่​ได้ ​แถลงการณ์​ปี 2011 ​ของ Scott Aaronson ​เรื่อง "Why Philosophers Should Care About Computational Complexity" ​โต้แย้ง​ไว้​อย่างนั้น ​ตรรกศาสตร์​เชิง​ญาณ (epistemic logic) ​แบบ​คลาสสิก​สมมติ​ผู้กระทำ​ที่​เชื่อ​ผลสืบเนื่อง​เชิง​ตรรกะ​ทุก​ข้อ​ของ​สิ่ง​ที่​ตน​เชื่อ — ​ความรอบรู้​เชิง​ตรรกะ (logical omniscience) — ​และ​ถือว่า​ข้อสมมติ​นี้​เป็น​อุดมคติ ​แบบ​ที่​ฟิสิกส์​อุดมคติ​ระนาบ​ไร้​แรงเสียดทาน ​ทฤษฎี​ความซับซ้อน​ชี้​ว่า​มัน​ไม่​ใช่​อุดมคติ ​แต่​เป็นไปไม่ได้: ​ความเชื่อ​ธรรมดา​จำนวนมาก ​ถ้า​จะ​อนุมาน​ผลสืบเนื่อง​ให้​ครบ​ทุก​ข้อ ​ต้อง​ใช้เวลานาน​เกิน​อายุ​เอกภพ ​ต่อให้​ยก​คอมพิวเตอร์​ทุก​เครื่อง​ที่​มนุษยชาติ​สร้าง​ได้มา​ให้​หมด​ก็ตาม Aaronson ​ส่อง​เลนส์​เดียวกัน​นี้​ไป​ที่​ปัญหา​การอุปนัย​ของ Hume ​ปัญหา​ของ Newcomb ​และ​เหตุผล​เชิง​เศรษฐศาสตร์ — ​ทุก​กรณี ​ปริศนา​ที่​ดู​เป็นเรื่อง​มโนทัศน์​ล้วนๆ ​กลับ​มี​โครง​เชิง​คำนวณ​ซ่อน​อยู่​ข้างใน​ที่​ไม่​มี​ใคร​เคย​ตีราคา​ไว้

​โครง​นั้น​เห็นชัด​ที่สุด​ใน​สิ่ง​ที่ P vs NP ​บอก​เกี่ยวกับ​ความคิดสร้างสรรค์ ​การตรวจ​ซู​โด​กุ​ที่​เติม​เสร็จ​แล้ว ​หรือ​บทพิสูจน์​ทาง​คณิตศาสตร์​ที่​เสนอ​มา ​ใช้​แรงงาน​เท่าเดิม​และ​ไม่​มาก ​ไม่​ว่า​คำตอบ​นั้น​จะ​ได้มา​อย่างไร ​แต่​การไล่​ค้น​ปริภูมิ​ของ​การจัดเรียง​ที่​เป็นไปได้​ทั้งหมด ​หรือ​บทพิสูจน์​ที่​เป็นไปได้​ทั้งหมด — ​ถ้า P ≠ NP — ​ยาก​ขึ้น​แบบ​ยกกำลัง (exponentially) ​ใน​กรณี​เลวร้าย​ที่สุด ​จัดระเบียบ​การค้น​ให้​ฉลาด​แค่​ไหน​ก็​ไม่​ช่วย ​ประกาย​ความเข้าใจ​ของ​นัก​คณิตศาสตร์ ​วินาที​ที่​กลยุทธ์​การพิสูจน์​ผุด​ขึ้น​มา​เอง ​อาจ​กำลัง​ทำ​สิ่ง​ที่​ไม่​มี​อัลกอริทึม​เชิง​ระบบ​ใด​แทน​ได้: ​จำได้​ว่า​ถูก​นั้น​ถูก ​หา​มัน​เจอ​นั้น​แพง ​และ​ระยะห่าง​ระหว่าง​สอง​อย่างนี้​คือ​สิ่ง​ที่​ทฤษฎี​ความซับซ้อน​วัด​พอดี ​หมากรุก​ให้​ตัวอย่าง​ที่​เก่า​กว่า​และ​บริสุทธิ์​กว่า​ของ​ช่องว่าง​เดียวกัน Ernst Zermelo ​พิสูจน์​ใน​ปี 1913 ​ว่า​หมากรุก*​ถูก​กำหนด​ผล​ไว้​แล้ว* (determined) — ​หนึ่ง​ใน​สาม​ข้อ "​ขาว​บังคับ​ให้​ชนะ​ได้" "​ดำ​บังคับ​ให้​ชนะ​ได้" ​หรือ "​ทั้งสองฝ่าย​บังคับ​ได้​อย่าง​น้อยที่สุด​คือ​เสมอ" ​เป็นจริง​แน่นอน ​เพราะ​ต้นไม้​เกม (game tree) ​ของ​มัน​จำกัด ​ไม่​มี​ใคร​รู้​ว่า​ข้อ​ไหน ​เพราะ "​จำกัด" ​กับ "​ค้นหา​ได้​ทั่วถึง" ​เป็น​ข้อกล่าวอ้าง​คนละเรื่อง ​ต้นไม้​เกม​ใหญ่​เกิน​กว่า​อุปกรณ์​ใดๆ ​ที่​ใคร​คาดหวัง​ว่า​จะ​สร้าง​ขึ้น​ได้​จะ​วิเคราะห์​ครบ​ทุก​กรณี "​แก้​ได้​ใน​หลักการ" ​กับ "​จริง" ​ห่าง​กัน​มากกว่า​ที่​คำ​สอง​คำ​นั้น​บอกเป็นนัย

Herbert Simon ​เห็น​ช่องว่าง​นี้​จาก​อีก​ด้าน ​หลาย​ทศวรรษ​ก่อน​ทฤษฎี​ความซับซ้อน​จะ​วัด​มัน​ได้ ​หนังสือ Administrative Behavior (1947) ​และ​บทความ "A Behavioral Model of Rational Choice" (Quarterly Journal of Economics 69, 1955: 99–118) ​ของ​เขา​ถอด​ผู้กระทำ​แบบ​คลาสสิก — ​ผู้​สำรวจ​ตัวเลือก​และ​ผลลัพธ์​ทุก​ข้อ​ก่อน​เลือก​ตัว​ที่​ดี​ที่สุด — ​ออก ​แล้ว​ใส่​ผู้กระทำ​แบบ satisficing (​การพอใจ​แค่​พอ) ​เข้าไป​แทน ​คน​ที่​หยุด​ตรงตัว​เลือก​แรก​ที่​ผ่าน​เกณฑ์ "​ดี​พอ" Simon ​ตั้งใจ​ให้​นี่​เป็น​จิตวิทยา ​เป็น​คำอธิบาย​ว่า​ผู้จัดการ​และ​คนซื้อ​ของ​ตัดสินใจ​กัน​จริงๆ ​อย่างไร ​ทฤษฎี​ความซับซ้อน​มา​ทีหลัง​และ​วาง​พื้น​ให้​มัน​ใหม่ ​พื้นที่​ไม่​เกี่ยวกับ​จิตวิทยา​เลย ​ผู้กระทำ​ใด​ก็ตาม​ที่ทำงาน​ใต้​งบ​เวลาจริง — ​มนุษย์ ​บริษัท ​หรือ​อัลกอริทึม — ​เป็น​ผู้กระทำ​ที่​มีเหตุผล​มี​ขอบเขต (bounded rationality) ​โดย​ความจำเป็น​ทางกายภาพ ​อยาก​เป็น​หรือไม่​อยาก​ก็ตาม

​รอยแยก​เดียวกัน​นั้น ​เมื่อ​ถูก​ใช้​เป็น​ทรัพยากร​แทนที่จะ​เป็น​อุปสรรค ​สร้าง​วิทยาการ​เข้ารหัส​สมัยใหม่​ขึ้น​มา ​บทความ "New Directions in Cryptography" ​ของ Whitfield Diffie ​และ Martin Hellman (IEEE Transactions on Information Theory 22, 1976: 644–654) ​เสนอ​ว่า​ฟังก์ชัน​ประตู​กล​ทางเดียว (trapdoor one-way function) — ​คำนวณ​ไป​ข้างหน้า​ง่าย ​ผกผัน​กลับ​โดย​ไม่​มี​กุญแจ​ลับ​แทบ​เป็นไปไม่ได้​ใน​เชิง​คำนวณ — ​จะ​ทำให้​คนแปลกหน้า​สอง​คน​ตกลง​ความลับ​ร่วมกัน​ผ่าน​ช่องทาง​เปิด​ได้ ​ตัวบท​ความเอง​ไม่​มี​ตัวอย่าง​ที่​ใช้งาน​จริง​เสนอ​ไว้ RSA ​ให้​ตัวอย่าง​นั้น​ใน​เวลา​ไม่​นาน​ต่อมา: ​การคูณ​จำนวน​เฉพาะ​สาม​ร้อย​หลัก​สอง​ตัว​กินเวลา​โปรเซสเซอร์​ระดับ​มิล​ลิ​วินาที ​ส่วน​การแยกตัว​ประกอบ​ผลคูณ​กลับเป็น​จำนวน​เฉพาะ​เดิม ​เชื่อ​กัน​ว่า​ทุก​วิธี​ที่​รู้จัก​จะ​ใช้เวลานาน​กว่า​อายุ​ของ​เอกภพ ​ไอคอน​แม่กุญแจ​ทุก​อัน​บน​เบราว์เซอร์​วาง​อยู่​บน​ข้อ​คาดการณ์​เชิง​ความซับซ้อน​ที่​ยัง​พิสูจน์​ไม่​ได้ ​ไม่​ได้​วาง​อยู่​บน​บทพิสูจน์ — ​ฟังก์ชัน​ทางเดียว (one-way function) ​คือ​ฟิสิกส์​ประยุกต์​ของ​การเก็บความ​ลับ ​ตาม​ความหมาย​ตรงตัว​เป๊ะๆ

​ลูก​ที่​แปลกที่​สุด​ของ​ทฤษฎี​ความซับซ้อน​รื้อ​นิยาม​ของ​คำ​ว่า "​บทพิสูจน์" ​ใหม่​ทั้ง​อัน ​บทความ "The Knowledge Complexity of Interactive Proof-Systems" ​ของ Shafi Goldwasser, Silvio Micali ​และ Charles Rackoff (17th ACM Symposium on Theory of Computing, Providence, 1985; ​ฉบับ​เต็ม​ใน SIAM Journal on Computing 18, 1989: 186–208) ​แสดงว่า​ผู้​พิสูจน์ (prover) ​โน้มน้าว​ผู้ตรวจสอบ (verifier) ​ให้​เชื่อ​ว่า​ข้อความ​หนึ่ง​เป็นจริง​ได้ — "​กราฟ​สอง​อันนี้ isomorphic ​กัน" "​ฉัน​รู้​รหัสผ่าน" — ​ผ่าน​การโต้ตอบ​ไปมา​แบบ​สด ​และ​บันทึก​บทสนทนา​ของ​การโต้ตอบ​นั้น ​เมื่อ​คน​ที่​ไม่​ได้​ร่วม​แลกเปลี่ยน​มา​อ่าน​ย้อนหลัง ​พิสูจน์​อะไร​ไม่​ได้​เลย​สัก​อย่าง ​น้ำหนัก​เชิง​หลักฐาน​อยู่​ที่​การซักถาม​สด (live interrogation) ​และ​ความน่าจะเป็น​ที่​หด​ลง​เรื่อยๆ ​ของ​การปล่อย​คนโกง​ลอดผ่าน ​ไม่​ได้​อยู่​ที่​วัตถุ​นิ่ง​ที่​ใคร​จะ​หยิบ​มาตรวจ​ย้อนหลัง​ได้ ​นั่น​แตกหัก​กับ​บทพิสูจน์​ทุก​ชิ้น​นับแต่ Euclid ​เป็นต้นมา ​ที่​บทพิสูจน์​คือ​ของ​ตายตัว​ซึ่ง​ยื่น​ให้​ใครคนหนึ่ง​ไป​ตรวจ​เอง​ตามลำพัง ​ตรงนี้​ปรัชญา​มีเหตุผล​จะ​คัดค้าน​ว่าการ​คำนวณ​นิยาม "​บทพิสูจน์" ​ใหม่​ให้​เหลือ​แค่​เรื่อง​เชิง​สถิติ ​คำตอบ​ตรงไปตรงมา​ของ​ทฤษฎี​ความซับซ้อน​คือ ​ภาพ​ความแน่นอน​แบบ​เก่า​นั้น​ไม่​เคย​มี​จริง​ใน​ระดับ​ใหญ่​มา​ตั้งแต่​ต้น — ​บท​ที่ 12 ​จะ​ปิด​ข้อโต้แย้ง​นี้​ให้​จบ

"​เป็นไปได้​ใน​หลักการ​แต่​ไม่​เป็นไปได้​ในทางปฏิบัติ" ​จะ​สมควร​ได้ชื่อ​ว่า​เชิง​อภิปรัชญา​หรือไม่ ​ขึ้นอยู่กับ​ว่า​เส้น​ขอบ​นั้น​ตายตัว ​หรือ​เป็น​แค่​เรื่อง​เชิง​ประวัติศาสตร์ ​คลาส​ความซับซ้อน (complexity class) ​แบบ​กรณี​เลวร้าย​ที่สุด​เป็น​ข้อเท็จจริง​ทาง​คณิตศาสตร์ ​แต่​ตัวอย่าง​จริง​ไม่​ได้​เป็น​กรณี​เลวร้าย​ที่สุด​เสมอไป: ​ตัว​แก้ SAT ​เชิง​ปฏิบัติ​ทุกวันนี้​ปิด​คำถาม satisfiability ​ที่​มี​ตัวแปร​เป็น​ล้าน​ตัว​ได้ ​ทั้งที่​ทฤษฎี​เรียก​มัน​ว่า​แก้​ไม่​ได้​ในทางปฏิบัติ (intractable) ​เพราะ​สูตร​จริง​ส่วนใหญ่​อยู่​ไกล​จาก​ตัวอย่าง​ปฏิปักษ์ (adversarial examples) ​ที่​บทพิสูจน์​เหล่านั้น​สร้าง​ขึ้น​บน​ฐาน​ของ​มัน ​ช่องว่าง​ระหว่าง "P ≠ NP" ​กับ "​ปัญหา​ข้อ​นี้​โดยเฉพาะ ​วันนี้ ​บน​ฮาร์ดแวร์​นี้ ​อยู่​นอก​เอื้อม" ​คือ​จุด​ที่​สังคมวิทยา​และ​วิศวกรรม​ทำงาน​เงียบๆ ​แทน​สิ่ง​ที่​ทฤษฎี​ความซับซ้อน​ล้วนๆ ​ยัง​รับรอง​ไม่​ได้

​เชื่อมโยง

​บท​ที่ 09 ​วาง​ไว้​ว่าการ​คำนวณ​ทำ​อะไร​ได้​บ้าง​ใน​หลักการ ​บท​นี้​วัด​ว่า​มัน​ทำ​อะไร​ได้​ภายใน​เวลา​ที่​มีจำกัด ​บท​ที่ 03 ​ถาม​ว่า​คำให้การ​ของ​เครื่องจักร​นับ​เป็นความ​รู้​หรือไม่ interactive proof ​คือ​คำถาม​ข้อ​นั้น​ที่​ติด​ความน่าจะเป็น​มา​ด้วย ​บท​ที่ 06 ​เจอ​รูปแบบ​ผลลัพธ์​ความเป็นไป​ไม่​ได้​แบบ​เดียวกัน​ใน​ความเป็นธรรม​เชิง​อัลกอริทึม (algorithmic fairness) ​บท​ที่ 11 ​รับช่วง​ต่อ​ด้วย Kolmogorov complexity ​ญาติ​ของ​ความซับซ้อน​เชิง​คำนวณ​ที่วัด​ความยาว​คำอธิบาย​แทน​เวลา​ใน​การรัน

​คำถาม​ที่​ยัง​เปิด​อยู่

​ถ้า P vs NP ​ถูก​คลี่คลาย​พรุ่งนี้ ​มัน​ยุติ​คำถาม​เชิง​อภิปรัชญา ​หรือ​ยุติ​แค่​คำถาม​เชิง​คณิตศาสตร์? ​ช่องว่าง​ระหว่าง​ความยาก​แบบ​กรณี​เลวร้าย​ที่สุด​กับ​ความแก้​ได้​จริง​ใน​โลก​จริง ​แปล​ว่า​คลาส​ความซับซ้อน​อธิบาย​โลก ​หรือ​อธิบาย​แค่​ปฏิปักษ์​ที่​นัก​คณิตศาสตร์​เลือก​จะ​จินตนาการ​ขึ้น​มา? ​และ​ถ้า​เหตุผล​มี​ขอบเขต (bounded rationality) ​เป็นความ​จำเป็น​ทางกายภาพ​ของ​ผู้กระทำ​ทุกราย ​ภาพ​คลาสสิก​ของ​ผู้สังเกตการณ์​ใน​อุดมคติ​ที่​มีเหตุผล​เต็มเปี่ยม ​ภาพ​ที่​ปรัชญา​สร้าง​ทฤษฎี​ความรู้​และ​การเลือก​ขึ้น​มา​บน​มัน ​ยัง​เหลือ​อะไร​อยู่?

​อ่าน​ต่อ

บทถัดไป · 12 / 1711 · สารสนเทศ
Size
Page
Font

The Examined Machine — Philosophy and Computing, Each Read Through the Other

❦
100 · แผนที่201 · ตรรกศาสตร์302 · อภิปรัชญา403 · ญาณวิทยา504 · ปรัชญาแห่งจิต605 · ปรัชญาภาษา706 · จริยศาสตร์807 · ปรัชญาการเมือง908 · สุนทรียศาสตร์และปรากฏการณ์วิทยา1009 · การคำนวณได้1110 · ความซับซ้อน1211 · สารสนเทศ1312 · ชนิดกับบทพิสูจน์1413 · เครื่องเรียนรู้1514 · ความไว้วางใจแบบกระจาย1615 · เอกภพเชิงคำนวณ1799 · ปิดเล่ม