We consider the problem of finding nearly optimal solutions of optimization problems with random objective functions. Two concrete problems we consider are (a) optimizing the Hamiltonian of a spherical or Ising $p$-spin glass model, and (b) finding a large independent set in a sparse Erd\H{o}s-R\'{e}nyi graph. The following families of algorithms are considered: (a) low-degree polynomials of the input; (b) low-depth Boolean circuits; (c) the Langevin dynamics algorithm. We show that these families of algorithms fail to produce nearly optimal solutions with high probability. For the case of Boolean circuits, our results improve the state-of-the-art bounds known in circuit complexity theory (although we consider the search problem as opposed to the decision problem). Our proof uses the fact that these models are known to exhibit a variant of the overlap gap property (OGP) of near-optimal solutions. Specifically, for both models, every two solutions whose objectives are above a certain threshold are either close or far from each other. The crux of our proof is that the classes of algorithms we consider exhibit a form of stability. We show by an interpolation argument that stable algorithms cannot overcome the OGP barrier. The stability of Langevin dynamics is an immediate consequence of the well-posedness of stochastic differential equations. The stability of low-degree polynomials and Boolean circuits is established using tools from Gaussian and Boolean analysis -- namely hypercontractivity and total influence, as well as a novel lower bound for random walks avoiding certain subsets. In the case of Boolean circuits, the result also makes use of Linal-Mansour-Nisan's classical theorem. Our techniques apply more broadly to low influence functions and may apply more generally.


翻译:我们考虑的是以随机客观函数找到最优化问题的近最佳解决方案的问题。 我们考虑的两个具体问题是:(a) 优化球形或球价正价正价玻璃模型的汉密尔顿式,以及(b) 在稀疏的 Erd\H{o}s-R\'{e}nyi 图形中找到一个大型独立的数据集。我们考虑的是下列算法的组别:(a) 输入的低度多元度多米亚值;(b) 低度波氏电路;(c) 朗埃文动态算法。我们发现,这些算法的组合未能产生几乎最佳且概率高的解决方案。对于布利安电路来说,我们的结果改进了电路复杂理论中已知的状态(尽管我们考虑搜索问题而不是决定问题 ) 。我们的证据是,这些模型可以展示出一个更低度的极值低值新解决方案的重叠性差值属性(OGP ) 。具体地说,对于这两种模型来说,其目标都高于某一阈值或远于每个总基值的数值。对于布洛氏电路系的电路路系而言,我们无法展示一个稳定的轨变数分析。

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