Lecture 21 - 2025 / 5 / 8
Lovász Local Lemma
Lemma: 设 A1,⋯,An 是一系列“坏事件”,Pr[Ai]≤p,并且每个 Ai 独立于除最多 d 个其他事件 Aj 之外的所有事件。如果 ep(d+1)≤1,则
Pr[i=1⋂nAi]>0
Claim: 对于任意任何 S⊆{1,⋯,n},对任意 i,有 Pr[Ai∣⋂j∈SAj]≤d+11。
对 m:=∣S∣ 归纳,m=0 时 Pr[Ai]≤p≤e(d+1)1<d+11。
将 S 分为 S1=S∩Di,S2=S\S1,其中 Di 为和 Ai 有关的事件集合。
PrAi∣j∈S⋂Aj=Pr[⋂j∈S1Aj∣⋂k∈S2Ak]Pr[Ai∩⋂j∈S1Aj∣⋂k∈S2Ak]
分子 ≤Pr[Ai∣⋂k∈S2Ak]≤Pr[Ai]。
对于分母,不妨设 S1={1,2,⋯,∣S1∣}。
Prj∈S1⋂Aj∣k∈S2⋂Ak=j=1∏∣S1∣1−PrAj∣j′<j⋂Aj′∩k∈S2⋂Ak≥(1−d+11)∣S1∣≥(1−d+11)d>e1
从而原式 ≤1/ep=ep≤d+11,根据归纳法原命题得证。
根据 Claim,我们有
Pr[i=1⋂nAi]=i=1∏n(1−Pr[Ai∣j<i⋂Aj])≥(1−d+11)n>0
从而 LLL 得证。
Example: k-SAT
Claim: 任何 k-CNF φ,如果每个变量都出现在至多 k2k−2 个 clause 里,则 φ 是可被满足的。
Ai:= 第 i 个 clause 不满足,则 Pr[Ai]=2−k=p,同时 d=k⋅k2k−2=2k−2。容易验证此时 LLL 的条件满足。