What is the power of constant-depth circuits with $MOD_m$ gates, that can count modulo $m$? Can they efficiently compute MAJORITY and other symmetric functions? When $m$ is a constant prime power, the answer is well understood: Razborov and Smolensky proved in the 1980s that MAJORITY and $MOD_m$ require super-polynomial-size $MOD_q$ circuits, where $q$ is any prime power not dividing $m$. However, relatively little is known about the power of $MOD_m$ circuits for non-prime-power $m$. For example, it is still open whether every problem in $EXP$ can be computed by depth-$3$ circuits of polynomial size and only $MOD_6$ gates. We shed some light on the difficulty of proving lower bounds for $MOD_m$ circuits, by giving new upper bounds. We construct $MOD_m$ circuits computing symmetric functions with non-prime power $m$, with size-depth tradeoffs that beat the longstanding lower bounds for $AC^0[m]$ circuits for prime power $m$. Our size-depth tradeoff circuits have essentially optimal dependence on $m$ and $d$ in the exponent, under a natural circuit complexity hypothesis. For example, we show for every $\varepsilon > 0$ that every symmetric function can be computed with depth-3 $MOD_m$ circuits of $\exp(O(n^{\varepsilon}))$ size, for a constant $m$ depending only on $\varepsilon > 0$. That is, depth-$3$ $CC^0$ circuits can compute any symmetric function in \emph{subexponential} size. This demonstrates a significant difference in the power of depth-$3$ $CC^0$ circuits, compared to other models: for certain symmetric functions, depth-$3$ $AC^0$ circuits require $2^{\Omega(\sqrt{n})}$ size [H{\aa}stad 1986], and depth-$3$ $AC^0[p^k]$ circuits (for fixed prime power $p^k$) require $2^{\Omega(n^{1/6})}$ size [Smolensky 1987]. Even for depth-two $MOD_p \circ MOD_m$ circuits, $2^{\Omega(n)}$ lower bounds were known [Barrington Straubing Th\'erien 1990].


翻译:使用 $MOD_m 门的常线深度电路的功率是多少? 能够计算 $3 美元? 当美元是一个恒定的质能时,答案是完全理解的: Razborov和Smolensky在1980年代证明MAJORY 和 $MOD_m美元 电路的深度需要超超球规模 $MOD_q美元 电路, 美元是任何主要电源, 而不是美元。 但是,对于 美元 美元 美元 的深度电路的功率知之甚少。 美元 美元 美元 美元, 美元 美元 美元 的深度 。 例如, 美元 是否每个深度的深度需要 $3美元 的电路路, 仅需要 美元 美元 的电路程 。 我们通过给出新的上限, 美元 美元, 我们建造 美元 电路, 以非深度的 美元 美元 美元 的深度的电路 运行, 以 美元 美元 的 深度的 。

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