We connect the study of pseudodeterministic algorithms to two major open problems about the structural complexity of $\mathsf{BPTIME}$: proving hierarchy theorems and showing the existence of complete problems. Our main contributions can be summarised as follows. 1. We build on techniques developed to prove hierarchy theorems for probabilistic time with advice (Fortnow and Santhanam, FOCS 2004) to construct the first unconditional pseudorandom generator of polynomial stretch computable in pseudodeterministic polynomial time (with one bit of advice) that is secure infinitely often against polynomial-time computations. As an application of this construction, we obtain new results about the complexity of generating and representing prime numbers. 2. Oliveira and Santhanam (STOC 2017) established unconditionally that there is a pseudodeterministic algorithm for the Circuit Acceptance Probability Problem ($\mathsf{CAPP}$) that runs in sub-exponential time and is correct with high probability over any samplable distribution on circuits on infinitely many input lengths. We show that improving this running time or obtaining a result that holds for every large input length would imply new time hierarchy theorems for probabilistic time. In addition, we prove that a worst-case polynomial-time pseudodeterministic algorithm for $\mathsf{CAPP}$ would imply that $\mathsf{BPP}$ has complete problems. 3. We establish an equivalence between pseudodeterministic construction of strings of large $\mathsf{rKt}$ complexity (Oliveira, ICALP 2019) and the existence of strong hierarchy theorems for probabilistic time. More generally, these results suggest new approaches for designing pseudodeterministic algorithms for search problems and for unveiling the structure of probabilistic time.


翻译:我们把伪确定性算法的研究与关于美元结构复杂性的两大开放问题联系起来: 证明等级理论并显示存在完整的问题。 我们的主要贡献可以概括如下。 1. 我们以开发的技术证明等级理论用于概率时间, 并提供咨询意见( Fortnow 和 Santhanam, FOSC 2004) 来构建一个在伪确定性多级结构中( 加上一点建议 ) 的无条件假伪逻辑生成器 ; 多级结构 ; 多级结构 ; 多级结构 ; 多级结构 ; 多级结构 ; 多级结构 ; 多级结构 ; 最高级的多级 。

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