Optimization problems are a staple of today's scientific and technical landscape. However, at present, solvers of such problems are almost exclusively run on digital hardware. Using Turing machines as a mathematical model for any type of digital hardware, in this paper, we analyze fundamental limitations of this conceptual approach of solving optimization problems. Since in most applications, the optimizer itself is of significantly more interest than the optimal value of the corresponding function, we will focus on computability of the optimizer. In fact, we will show that in various situations the optimizer is unattainable on Turing machines and consequently on digital computers. Moreover, even worse, there does not exist a Turing machine, which approximates the optimizer itself up to a certain constant error. We prove such results for a variety of well-known problems from very different areas, including artificial intelligence, financial mathematics, and information theory, often deriving the even stronger result that such problems are not Banach-Mazur computable, also not even in an approximate sense.


翻译:优化问题是当今科技领域的主要科技问题。 然而,目前,这些问题的解决方案几乎完全靠数字硬件解决。 本文使用图灵机器作为任何类型数字硬件的数学模型,我们分析了解决优化问题这一概念方法的基本局限性。 由于在大多数应用中,优化者本身比相应功能的最佳价值更受关注,我们将侧重于优化者的可乘性。 事实上,我们将表明,在各种情况下,在图灵机器上和数字计算机上都不可能实现优化。 此外,更糟糕的是,没有图灵机器,它将优化者本身近似于某种持续错误。 我们证明,在非常不同的领域,包括人工智能、金融数学和信息理论,存在各种各样的众所周知的问题,这些问题往往产生更强烈的结果,即这些问题不是Banach-Mazur的可调和,甚至不是近似意义上的。

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