A Boolean network (BN) is a discrete dynamical system defined by a Boolean function that maps to the domain itself. A trap space of a BN is a generalization of a fixed point, which is defined as the sub-hypercubes closed by the function of the BN. A trap space is minimal if it does not contain any smaller trap space. Minimal trap spaces have applications for the analysis of attractors of BNs with various update modes. This paper establishes the computational complexity results of three decision problems related to minimal trap spaces: the decision of the trap space property of a sub-hypercube, the decision of its minimality, and the decision of the membership of a given configuration to a minimal trap space. Under several cases on Boolean function representations, we investigate the computational complexity of each problem. In the general case, we demonstrate that the trap space property is coNP-complete, and the minimality and the membership properties are $\Pi_2^{\text P}$-complete. The complexities drop by one level in the polynomial hierarchy whenever the local functions of the BN are either unate, or are represented using truth-tables, binary decision diagrams, or double DNFs (Petri net encoding): the trap space property can be decided in a polynomial time, whereas deciding the minimality and the membership are coNP- complete. When the BN is given as its functional graph, all these problems are in P.


翻译:Boolean 网络 (BN) 是一个离散的动态系统, 由 Boolean 函数对域进行映射。 BN 的陷阱空间是一个固定点的概括, 被定义为由 BN 函数封闭的亚超立方体。 一个最小的陷阱空间如果不包含任何较小的陷阱空间, 是最小的。 最小的陷阱空间可以应用来分析具有各种更新模式的 BN 吸引者。 本文确定了与最小的陷阱空间有关的三个决定问题的计算复杂性结果 : 亚超立方的陷阱空间属性决定, 其功能最小性的决定, 以及给定的配置成员对最小捕捉空间空间的决定。 在几个关于 BOL 函数表达的案例中, 我们调查每个问题的计算复杂性。 在一般情况下, 最小的陷阱空间属性和成员属性是 $\ Pi_ 2<unk> text P} 。 在最小的陷阱空间空间域域块中, 当本地的域域域功能是最小性功能时, 其复杂性会以一个层次递减 。</s>

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