We study a new class of NP search problems, those which can be proved total using standard combinatorial reasoning based on approximate counting. Our model for this kind of reasoning is the bounded arithmetic theory $\mathrm{APC}_2$ of [Je\v{r}\'abek 2009]. In particular, the Ramsey and weak pigeonhole search problems lie in the new class. We give a purely computational characterization of this class and show that, relative to an oracle, it does not contain the problem CPLS, a strengthening of PLS. As CPLS is provably total in the theory $T^2_2$, this shows that $\mathrm{APC}_2$ does not prove every $\forall \Sigma^b_1$ sentence which is provable in bounded arithmetic. This answers the question posed in [Buss, Ko{\l}odziejczyk, Thapen 2014] and represents some progress in the programme of separating the levels of the bounded arithmetic hierarchy by low-complexity sentences. Our main technical tool is an extension of the "fixing lemma" from [Pudl\'ak, Thapen 2017], a form of switching lemma, which we use to show that a random partial oracle from a certain distribution will, with high probability, determine an entire computation of a $\textrm{P}^{\textrm{NP}}$ oracle machine. The introduction to the paper is intended to make the statements and context of the results accessible to someone unfamiliar with NP search problems or with bounded arithmetic.


翻译:我们研究一个新的NP搜索问题类别, 使用基于粗略计算的标准组合推理可以证明是全的。 我们的这种推理模型是[ Je\ v{r\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\2009] 中[ Jegma\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\2009] 的受约束的数学理论 。 特别是, 拉姆西和弱的鸽子洞搜索问题存在于新类中。 我们给出了这一类纯计算特性, 并表明相对于一个星标而言, 它并不包含问题 CPLLS, 而是加强PLS。 由于理论的简洁度, CPLS是可调的总计 $T$2, 这显示$\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

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