The identity testing of rational formulas (RIT) in the free skew field efficiently reduces to computing the rank of a matrix whose entries are linear polynomials in noncommuting variables\cite{HW15}. This rank computation problem has deterministic polynomial-time white-box algorithms \cite{GGOW16, IQS18} and a randomized polynomial-time algorithm in the black-box setting \cite{DM17}. In this paper, we propose a new approach for efficient derandomization of \emph{black-box} RIT. Additionally, we obtain results for matrix rank computation over the free skew field, and construct efficient linear pencil representations for a new class of rational expressions. More precisely, we show the following results: 1. Under the hardness assumption that the ABP (algebraic branching program) complexity of every polynomial identity for the $k\times k$ matrix algebra is $2^{\Omega(k)}$ \cite{BW05}, we obtain a subexponential-time black-box algorithm for RIT in almost general setting. This can be seen as the first "hardness implies derandomization" type theorem for rational formulas. 2. We show that the noncommutative rank of any matrix over the free skew field whose entries have small linear pencil representations can be computed in deterministic polynomial time. Prior to this, an efficient rank computation was only known for matrices with noncommutative formulas as entries\cite{GGOW20}. As special cases of our algorithm, we obtain the first deterministic polynomial-time algorithms for rank computation of matrices whose entries are noncommutative ABPs or rational formulas. 3. Motivated by the definition given by Bergman\cite{Ber76}, we define a new class that contains noncommutative ABPs and rational formulas. We obtain a polynomial-size linear pencil representation for this class. As a by-product, we obtain a white-box deterministic polynomial-time identity testing algorithm for the class.


翻译:自由 skew 字段中理性公式( RIT) 的身份测试 有效降低到计算一个矩阵的级别, 该矩阵的条目在非commup 变量\ cite{HW15} 中为线性多数值计算结果。 此排名的计算问题涉及确定性多数值时间白箱算法 {cite{GOOW16, IQS18} 和黑盒设置中随机化的多元时间算法 。 在本文中, 我们提议一种新的方法, 用于在非commml 变量中有效解析 \ clack_box_box_box; 我们获得一个在自由skemblickral 字段中进行矩阵排序的计算结果, 更确切地显示以下的结果: 1. 在硬度假设下, 以美元为正数的 Aknickral- breal- micklickral 表示每个多数值, 以美元为新基数的 commexmexmexmlickal- comresml=national exmission= we distial- cremodemodemodeal exml oral exml 。

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