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AI 推翻指数时间假设:全盘解读

OpenAI 和 Anthropic 表示其 AI 模型彼此独立地推翻了一项有 27 年历史的猜想。了解指数时间假设是什么、证明如何核验、以及为何加密仍然安全。
Josef Waples
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OpenAI 和 Anthropic 各自发表了证明,认为指数时间假设为假。

ETH 是理论计算机科学中已有 27 年历史的一个假设,认为某些问题不可能比穷举法快太多。如今,顶尖 AI 实验室表示事实并非如此。

如果这些证明经得起检验,它们将成为迄今由 AI 生成的计算机科学领域最重要的成果。同时,这也迫使人们重新审视数以百计以 ETH 为前提的研究论文。

本文将解释指数时间假设究竟意味着什么,以及与之相关的 P 对 NP 问题。我们还将看看两家实验室具体声称了什么、证明如何被核验、以及对密码学有哪些改变(以及哪些不变)。

用通俗语言解释 P 对 NP

P 对 NP 询问:是否每个“答案容易核验”的问题也都“容易求解”。它是七大千禧年难题之一,即便在这条新闻之后仍未解决。

数独是经典示例。核验一个已填好的棋盘只需几秒:检查每行、每列和每个宫是否有重复。而从一个接近空白的棋盘找出解答可能要长得多,且随着棋盘规模增长,这一差距会迅速扩大。

  • P 是计算机能在多项式时间内求解的问题类,意味着随着输入规模 n 增长,工作量按 n2、n3 等多项式增长。
  • NP 是计算机能在多项式时间内核验备选解的问题类。

P 中的每个问题也都属于 NP。未解的问题在于反过来是否成立。大多数计算机科学家相信 P ≠ NP,即有些问题在本质上“求解”比“核验”更难。现代密码学基于这一信念:加密很容易,但没有密钥要解密应当很难。

什么是指数时间假设?

ETH 更为尖锐:它声称 NP 中一个特定问题——3-SAT——无论算法多么聪明,都需要指数时间。加州大学圣迭戈分校的 Russell Impagliazzo 与 Ramamohan Paturi 在 20 世纪 90 年代末提出了这一假设,Francis Zane 对奠基性工作亦有贡献。

3-SAT 问题

在 3-SAT 中,您得到一个由 n 个真/假的变量和一组子句构成的公式。每个子句用“或”连接三个条件,例如“x₁ 为真或 x₄ 为假或 x₇ 为真”。任务是找到一种变量赋值,使所有子句同时满足。

穷举法会尝试全部 2ⁿ 种赋值,因此每增加一个变量,工作量就翻倍。可以想见,当变量数接近 100 时几乎无望。

ETH 的表述

ETH 断言存在常数 c > 1,使得没有算法能以快于 cⁿ 的时间解 3-SAT。巧妙的算法可以把底数从 2 降低,但永远降不到次指数级。形式化地:存在 δ > 0,使得 3-SAT 不能在 O(2δn) 时间内解出。

数十年来,进展与这幅图景相符。研究人员不断把底数往下砍,但它始终远大于 1。由于 3-SAT 可被转换为许多其他问题,ETH 成为一个工作马式的假设。研究者用它来论证诸如 Clique、Vertex Cover、Independent Set 等问题也不能快太多。

新结果的对比

方法3-SAT 的运行时间是否指数增长?
穷举法2ⁿ是
2026 年 10 月前最佳(确定性)约 1.328ⁿ是
2026 年 10 月前最佳(随机化)约 1.308ⁿ是
OpenAI 与 Anthropic(2026 年 10 月)2^O(n log log n / √log n)否:次指数级

新的上界可简写为 2o(n)。随着 n 增长,每增加一个变量的代价趋向于 1,而这正是 ETH 认为不可能的。

OpenAI 和 Anthropic 公布了什么

两家实验室各自独立地得到本质相同的次指数上界,并都用 Lean 形式化证明助理给论文提供了机助核验。

 OpenAIAnthropic
论文"The Exponential Time Hypothesis Is False"(67 页)"A 2o(n) Time Algorithm for 3-SAT"(49 页)
模型未命名的内部模型内部 Claude 研究模型,署名为作者
核心思路发现时间2026 年 10 月 16 日2026 年 10 月 16 日
公开时间2026 年 10 月 26 日2026 年 10 月 26–27 日
核验Lean 证明了一个稍弱但仍足以推翻 ETH 的上界在 Mathlib 上用 Lean 4 证明,并由第二个内核复核
额外主张提速不适用于整个 NP亦推翻强 ETH(SETH);给出新的电路下界

Anthropic 表示,Claude 在无人工输入的情况下产出了约 1400 万个 token 后找到了核心算法。其方法使用张量网络与秩论证。随后研究人员协助完成终稿。

为何两家同日发现?

两家实验室都未解释具体原因。Anthropic 的论文称两项结果彼此独立且并发,两篇文章也沿着不同的数学路径达成了本质相同的上界。

一些背景使得这种重合并不如乍看那样意外。两家实验室一直在让各自的模型攻克大量未解问题,且仅 OpenAI 就在 10 月上旬发布了数百篇 AI 生成的数学手稿。ETH 是该领域最知名的靶标之一,而两者都学习了同样已发表的研究。独立且同时的发现在科学史上也是常见模式,如牛顿与莱布尼茨在微积分,或达尔文与华莱士在自然选择。

这些证明有多扎实?

Lean 能确认形式化陈述可由其公理逻辑推导。但它无法确认该形式化陈述与论文中的口头表述完全一致。Anthropic 指出,没有机器会核查这两者的对应关系;OpenAI 也表示其 Lean 文件证明的是一个较标题略弱的上界。

目前,最初提出该问题的研究者 Impagliazzo 与 Paturi,以及 MIT 的 Ryan Williams,正组织研讨会评估这些形式化陈述是否真正刻画了 ETH。他们的公开信强调,参与评审不等于背书。截至本文写作时,尚无人公开发现漏洞。

Williams 表示,OpenAI 证明中的部分内容看起来较为常规,而“另有两三处像外星人写的部分”仍需仔细审视。ETH 的作者之一 Impagliazzo 将这一结果形容为“深感意外”。

哪些会改变,哪些不会

在实践中,几乎没有任何即时改变(呼):新算法只会在远超任何计算机所能容纳的超大输入上优于穷举法。

不会带来更快的 SAT 求解器

Anthropic 的论文称,其方法只会在天文规模的输入上战胜穷举。对典型的“每个变量约五个子句”的公式,交叉点是一个大约有 1 万位数字的数;在最一般情形下,这个交叉点大约有 1 亿位数字。

作者还表示,他们的方法不太可能对低于约 1000 万个变量的情形有帮助。用于芯片验证、调度与规划的 SAT 求解器不会因这一结果而变快。

密码学未被攻破

该结果并未触及 P 对 NP。没有人声称这一点。OpenAI 表示其已经检查过该算法是否会攻破现实中的密码系统,并且相当有信心它不会。

理论将被重写

更大的影响在于研究。建立在 ETH 或 SETH 之上的困难性结果如今需要新的依托,一些研究者表示自己多年的工作可能需要重审。当然并非一切都坍塌。Anthropic 指出,该结果并未推翻正交向量问题,而后者支撑着许多细粒度复杂性结果。

这对 AI 有何意义

标题的重点不在 3-SAT 本身,而在于“是谁找到答案”:两个 AI 系统彼此独立地推翻了一个人类专家一代人都信奉的猜想。

AI 作为研究合作者

研究人员如今形容,每一两周就会有新的 AI 结果落地,打断正在进行的项目。像 Lean 这样的形式化工具正变得核心,因为它们让人类无需重推每一行,也能信任一篇冗长的机器撰写证明。

隐藏的捷径与自我改进

ETH 代表着一种信念:某些搜索问题不存在巧妙捷径。如果这信念是错的,其他看似显然很难的问题也许同样隐藏着捷径。

我在思考算法发现这一方向,在递归式自我改进方面可能意义重大——即 AI 系统帮助设计更好的 AI。用 AI 寻找更快的算法是迈向这一目标的具体路径之一,尽管眼下该结果本身并未直接做到这一点。

这对数据从业者意味着什么

对以数据为业的人来说,有三点启示:

  • 复杂性理论并非只是学术:知道一个问题为何是 NP 困难,可以指导您何时考虑启发式、近似或求解器,而不是精确搜索。
  • 核验是一项技能:随着 AI 生成更多代码与分析,核查其输出(通过测试、证明或可复现流程)与产出本身同等重要。
  • 渐近分析可能误导:理论上“更快”的算法在真实规模下可能毫无用处。

结论

如果这些证明能通过专家评审,指数时间假设将加入“广为相信却被证明为假”的短名单(如欧拉幂和猜想)。但 P 对 NP 仍未解决,密码学目前依旧安全。

接下来值得关注的里程碑包括:由 ETH 原作者牵头的评审研讨会、算法的独立复现实现、以及是否有人能进一步收紧上界。

若想打好理解此类故事的基础,欢迎学习我们的课程:数据结构与算法、Python 编程与机器学习。它们涵盖使此类结果可读的大 O 思维。

Josef Waples

作者

Josef Waples

我是数据科学编辑,曾为科学期刊发表的研究论文撰稿。我的兴趣领域包括线性代数、统计学、R 等相关主题。

常见问题

AI 刚刚证明 P = NP 了吗?

不是。该结果推翻的是指数时间假设(ETH),这是关于 3-SAT 难度的更强假设。P 对 NP 仍未解决,不过有些专家如今对 P = NP 的可能性略微提高了权重。

加密现在不安全了吗?

不是。OpenAI 表示已进行检查,并有充分信心该算法不会攻破现实中的密码系统。随后针对椭圆曲线的攻击对当前使用的曲线也没有优势。

SAT 求解器或优化工具会变快吗?

不会因这项结果而变快。新算法只会在具有天文数量变量的输入上优于穷举,远超任何真实问题。

证明已经被验证了吗?

部分核验。两份证明都在 Lean 证明助理中通过了机助核验,但仍需人类确认形式化陈述与 ETH 相匹配。由 ETH 原作者牵头的研讨会正在进行这项审查。

为何 OpenAI 和 Anthropic 在同一天得出结论?

两方都称其模型在 2026 年 10 月 16 日发现了核心思路,并且都称该工作彼此独立。除此之外,两方都未解释时间上的巧合。

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