We prove that, unless P=NP, there is no polynomial-time algorithm to approximate within some multiplicative constant the average size of an independent set in graphs of maximum degree 6. This is a special case of a more general result for the hard-core model defined on independent sets weighted by a parameter $\lambda>0$. In the general setting, we prove that, unless P=NP, for all $\Delta\geq 3$, all $\lambda>\lambda_c(\Delta)$, there is no FPTAS which applies to all graphs of maximum degree $\Delta$ for computing the average size of the independent set in the Gibbs distribution, where $\lambda_c(\Delta)$ is the critical point for the uniqueness/non-uniqueness phase transition on the $\Delta$-regular tree. Moreover, we prove that for $\lambda$ in a dense set of this non-uniqueness region the problem is NP-hard to approximate within some constant factor. Our work extends to the antiferromagnetic Ising model and generalizes to all 2-spin antiferromagnetic models, establishing hardness of computing the average magnetization in the tree non-uniqueness region. Previously, Schulman, Sinclair and Srivastava (2015) showed that it is #P-hard to compute the average magnetization exactly, but no hardness of approximation results were known. Hardness results of Sly (2010) and Sly and Sun (2014) for approximating the partition function do not imply hardness of computing averages. The new ingredient in our reduction is an intricate construction of pairs of rooted trees whose marginal distributions at the root agree but their derivatives disagree. The main technical contribution is controlling what marginal distributions and derivatives are achievable and using Cauchy's functional equation to argue existence of the gadgets.


翻译:我们证明,除非 P=NP, 没有任何多倍常数算法来估计最大度图6 6 中独立数据集的平均大小。 对于独立数据集中定义的硬核心模型, 由参数 $\lambda>0 美元加权, 这是比较一般的结果。 在一般情况下, 我们证明, 除非 P=NP, 对所有$\ Delta\geq 3美元, 所有美元 lambda ⁇ lambda_c (\ Delta) 美元, 没有一个FPTAS, 适用于最大度 $\ Delta$ 中独立数据集的平均大小。 对于计算Gibbs 分布中独立硬值的平均大小, 美元=lambda_c (Delta) $是独立的。 在一般环境下, 除非 P=NP=NP=NP, 并且对于已知的非理性区域来说, 美元=lambda$, 问题非常难, 但是在某个恒定值要素中, $\ Deltatardeal deal deal max mailal mailal mail mailal mail mail mail mail mail max max mail max max max max max max max max max 。我们的工作, max max max max max max max max max max max max max max max max =s dir = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =

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