In this review article, we discuss connections between the physics of disordered systems, phase transitions in inference problems, and computational hardness. We introduce two models representing the behavior of glassy systems, the spiked tensor model and the generalized linear model. We discuss the random (non-planted) versions of these problems as prototypical optimization problems, as well as the planted versions (with a hidden solution) as prototypical problems in statistical inference and learning. Based on ideas from physics, many of these problems have transitions where they are believed to jump from easy (solvable in polynomial time) to hard (requiring exponential time). We discuss several emerging ideas in theoretical computer science and statistics that provide rigorous evidence for hardness by proving that large classes of algorithms fail in the conjectured hard regime. This includes the overlap gap property, a particular mathematization of clustering or dynamical symmetry-breaking, which can be used to show that many algorithms that are local or robust to changes in their input fail. We also discuss the sum-of-squares hierarchy, which places bounds on proofs or algorithms that use low-degree polynomials such as standard spectral methods and semidefinite relaxations, including the Sherrington-Kirkpatrick model. Throughout the manuscript, we present connections to the physics of disordered systems and associated replica symmetry breaking properties.


翻译:在评论文章中,我们讨论了无序系统的物理学、各阶段推论问题的过渡和计算硬度之间的联系。我们引入了两种模式,代表玻璃系统的行为,高压高压模型和通用线性模型。我们讨论了这些问题的随机(非植入)版本,作为原型优化问题,以及作为统计推理和学习中原型问题的人工版本(有隐蔽的解决方案)。根据物理理论,其中许多问题在相信它们从容易(在多瑙河时期可以解决)跳跃到硬(需要指数时间)。我们讨论了理论计算机科学和统计中的一些新出现的想法,这些想法通过证明大型算法在直线型硬性制度中失败,为硬性提供了有力的证据。这包括重叠的模型属性,特别是组合的数学构造或动态对称破碎。可以用来表明许多本地或强于其投入变化的算法。我们还讨论了理论性总和海平面结构结构(需要指数级)结构结构结构,这使我们的碎裂性模型或堪称系统成为了基础性地平级,包括了基础性平级的系统。

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