Since the seminal works of Strassen and Valiant it has been a central theme in algebraic complexity theory to understand the relative complexity of algebraic problems, that is, to understand which algebraic problems (be it bilinear maps like matrix multiplication in Strassen's work, or the determinant and permanent polynomials in Valiant's) can be reduced to each other (under the appropriate notion of reduction). In this paper we determine precisely how many independent scalar multiplications can be reduced to a given bilinear map (this number is called the subrank, and extends the concept of matrix diagonalization to tensors), for essentially all (i.e. generic) bilinear maps. Namely, we prove for a generic bilinear map $T : V \times V \to V$ where $\dim(V) = n$ that $\theta(\sqrt{n})$ independent scalar multiplications can be reduced to $T$. Our result significantly improves on the previous upper bound from the work of Strassen (1991) and B\"urgisser (1990) which was $n^{2/3 + o(1)}$. Our full result is much more general and applies not only to bilinear maps and 3-tensors but also to $k$-tensors, for which we find that the generic subrank is $\theta(n^{1/(k-1)})$. Moreover, as an application we prove that the subrank is not additive under the direct sum. The subrank plays a central role in several areas of complexity theory (matrix multiplication algorithms, barrier results) and combinatorics (e.g., the cap set problem and sunflower problem). As a consequence of our result we obtain several large separations between the subrank and tensor methods that have received much interest recently, notably the slice rank (Tao, 2016), analytic rank (Gowers--Wolf, 2011; Lovett, 2018; Bhrushundi--Harsha--Hatami--Kopparty--Kumar, 2020), geometric rank (Kopparty--Moshkovitz--Zuiddam, 2020), and G-stable rank (Derksen, 2020).


翻译:自 Strassen 和 Valiant 的开创性作品以来, 它一直是代数复杂度理论的一个中心主题, 以理解代数问题相对复杂性, 也就是说, 要理解代数问题( 不管是Strassen 工作的双线地图如矩阵倍增, 还是Valiant 的决定因素和永久多式地图) 可以相互降低( 在适当的递减概念下 ) 。 在本文中, 我们精确地确定有多少独立的 scalar 倍增可以降为给定双线地图( 这个数字被称为亚级, 并将矩阵的变数扩展概念扩展至 ), 也就是说, 直径- 直径( 通用的) 双线地图。 我们证明通用双线地图 $T: V\ times disloration V\ to V $ ( V) = n$( sqrickrors), 独立的直径解变数( 数) 和 直径解变数( 美元), 直径( 直径) 和直径直径解 直径解 直径解 直径直径直径) 直径解 和直径解的结果。

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