Problème de la somme de sous-ensembles

Le problème de la somme de sous-ensembles (en anglais : subset sum problem) est un problème de décision important en complexité algorithmique et en cryptologie. Le problème peut être décrit de la manière suivante : étant donné un ensemble de entiers, existe-t-il un sous-ensemble de dont la somme des éléments est nulle ? Par exemple, pour l'ensemble {-8, -3, -2, 4, 5}, la réponse est oui car la somme des éléments du sous-ensemble {-3, -2, 5} est nulle, par contre pour {-6, -1, 2, 3, 8} la réponse est non.

Le problème de la somme des sous-ensembles est NP-complet[1], c'est-à-dire considéré comme difficile à résoudre efficacement par un algorithme. Il peut être vu comme un cas particulier du problème du sac à dos.

Variantes et problèmes liés

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Avec une cible t

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Le problème de la somme de sous-ensembles peut être décrit avec une cible entière  :

Étant donné un ensemble de entiers, existe-t-il un sous-ensemble de dont la somme des éléments est  ?

Problème de partition

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Le problème de partition est un problème proche. Étant donné un ensemble de entiers, il faut décider si l'on peut partitionner en deux ensembles de même somme.

3SUM

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Le problème 3SUM (en) est le suivant. Étant donné un ensemble de entiers, existe-t-il trois entiers dont la somme est nulle ?

Ce problème peut être résolu facilement par programmation dynamique en temps O(n²), mais il est conjecturé que cette complexité est optimale. De nombreux problèmes, notamment en géométrie algorithmique sont prouvés 3SUM-difficiles.

Complexité

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Le problème de la somme de sous-ensembles est NP-complet[1] : on peut par exemple lui réduire polynomialement le problème 3-SAT[1],[2].

Algorithmes

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Algorithme exponentiel

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Algorithme pseudo-polynomial

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Article détaillé : Algorithme pseudo-polynomial.
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Algorithme d'approximation

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Un algorithme d'approximation peut résoudre la version suivante du problème. Étant donné un ensemble E de N entiers et un entier s, retourner

  • oui, s'il y a un sous-ensemble de E dont la somme des éléments est s ;
  • non, s'il n'y a pas de sous-ensemble de E dont la somme des éléments est entre (1-c)s et s pour un petit c>0 ;
  • n'importe quoi, s'il y a un sous-ensemble de E dont la somme des éléments est entre (1-c)s et s, mais aucun dont la somme est s.

Si tous les nombres sont positifs ou nuls, la version approximative du problème de la somme de sous-ensembles se résout en temps polynomial en fonction de N et 1/c.

Notes et références

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  1. ↑ a b et c Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest et Clifford Stein, Introduction à l'algorithmique, Dunod, [détail de l’édition], «Problème de la somme de sous-ensemble», chap. 35.5, p. 1007
  2. ↑ Sylvain Perifel, Complexité algorithmique, Ellipses, , 432 p. (ISBN 9782729886929, lire en ligne) pp. 83−85, preuve de la Proposition 3-AH

Bibliographie

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