Jump to content

Государственная сложность

Сложность состояния - область теоретической информатики. имея дело с размером абстрактных автоматов, например, различные виды конечных автоматов . Классический результат в этой области состоит в том, что имитирующий -состояние недетерминированный конечный автомат детерминированным конечным автоматом требуется именно государства в худшем случае.

Преобразование между вариантами конечных автоматов

[ редактировать ]

Конечные автоматы могут быть детерминированный и недетерминированный , в одну сторону (DFA, NFA) и двусторонний (2ДФА, 2НФА). Другие связанные классы: однозначный (УФА), самопроверка (SVFA) и альтернирующие (AFA) конечные автоматы. Эти автоматы могут быть и двусторонними (2УФА, 2СВФА, 2АФА).

Все эти машины могут принимать именно обычные языки . Однако размеры автоматов разных типов необходимо принять тот же язык (измеряется в количестве их состояний) может быть разным. Для любых двух типов конечных автоматов между компромисс между сложностью состояния ними целочисленная функция где – наименьшее число состояний в автоматах второго типа достаточно, чтобы распознавать каждый язык признан -автомат первого типа. Известны следующие результаты.

  • УФА – ДФА: говорится, см. Люнг , [3] Более ранняя нижняя оценка Шмидта [4] был меньше.
  • НФА в УФА: штаты, см. Люнг. [3] Ранее Шмидт предложил меньшую нижнюю оценку. [4]
  • SVFA в DFA: штаты, см. Йираскова и Пигиццини. [5]
  • 2DFA в DFA: говорится, см. Капуцис . [6] Ранее постройка Шепердсона [7] использовал больше штатов и более раннюю нижнюю границу Мура [8] был меньше.
  • 2DFA в NFA: , см. Капуцис. [6] Ранее постройка Биргета [9] использовал больше штатов.
  • 2NFA в NFA: , см. Капуцис. [6]
    • 2NFA к NFA, принимающему дополнение: штаты, см. Варди . [10]
  • От AFA до DFA: говорится, см. Чандра , Козен и Стокмейер . [11]
  • От АФА до НФА: государства, см. Fellah, Jürgensen and Yu. [12]
  • 2AFA в DFA: см. Ладнер , Липтон и Стокмейер . [13]
  • 2AFA в NFA: , see Geffert and Okhotin. [14]

Проблема 2DFA против 2NFA и логарифмическое пространство

[ редактировать ]
Нерешенная задача в информатике :
Каждый ли -state 2NFA имеет эквивалент -состояние 2DFA?

Вопрос о том, можно ли преобразовать все 2NFA в 2DFA, остается открытым. с полиномиальным числом состояний, т.е. существует ли полином такой, что для каждого -состояние 2NFA существует -состояние 2DFA. Проблему подняли Сакода и Сипсер . [15] кто сравнил это с P против NP проблемой в теории сложности вычислений . Берман и Лингас [16] обнаружил формальную связь между этой проблемой и открытая проблема L против NL . Это соотношение было далее развито Капуцисом . [17]

Состояние сложности операций для конечных автоматов

[ редактировать ]

Дана бинарная операция, сохраняющая регулярность на языках. и семейство автоматов X (DFA, NFA и т. д.), государственная сложность целочисленная функция такой, что

  • для каждого X-автомата A с m-состояниями и X-автомата B с n-состояниями существует -state X-автомат для , и
  • для всех целых m, n существует X-автомат A с m состояниями и X-автомат B с n состояниями такие, что каждый X-автомат для должен иметь по крайней мере государства.

Аналогичное определение применимо для операций с любым количеством аргументов.

Первые результаты по состоянию сложности операций для DFA были опубликованы Масловым [18] and by Yu, Zhuang and Salomaa . [19] Хольцер и Кутриб [20] впервые установил государственную сложность операций по NFA. Ниже приведены известные результаты для основных операций.

Если язык требует m состояний и язык требует n состояний, сколько штатов имеет требовать?

  • ДФА: states, see Maslov [18] и Ю, Чжуан и Саломаа. [19]
  • ДЕЛА: говорится, см. Хольцер и Кутриб. [20]
  • УФА: минимум ; [21] между и штаты, см. Йирасек, Йираскова и Шебей. [22]
  • СВФА: государства см. Йирасек, Йираскова и Сабари. [23]
  • 2DFA: между и states, see Kunc and Okhotin. [24]
  • 2НФА: states, see Kunc and Okhotin. [25]

Пересечение

[ редактировать ]

Сколько штатов имеет требовать?

  • ДФА: states, see Maslov [18] и Ю, Чжуан и Саломаа. [19]
  • ДЕЛА: говорится, см. Хольцер и Кутриб. [20]
  • УМИРАТЬ: штаты, см. Йирасек, Йираскова и Шебей. [22]
  • СВФА: государства см. Йирасек, Йираскова и Сабари. [23]
  • 2DFA: между и states, see Kunc and Okhotin. [24]
  • 2NFA: между и states, see Kunc and Okhotin. [25]

Дополнение

[ редактировать ]

Если язык L требует n состояний тогда сколько штатов требуется для его дополнения ?

  • ДФА: состояний путем обмена принимающими и отвергающими состояниями.
  • ДЕЛА: говорится, см. Биргет. [26] или Йираскова [27]
  • УФА: минимум государства, см. Гёэса, Кифера и Юаня, [21] (это следует за более ранней оценкой Раскина [28] ); и самое большее государства см. Инджев и Кифер. [29]
  • СВФА: состояний путем обмена принимающими и отвергающими состояниями.
  • 2DFA: как минимум и самое большее штаты, см. Гефферт, Мерегетти и Пигиццини. [30]

Конкатенация

[ редактировать ]

Сколько штатов имеет требовать?

  • ДФА: states, see Maslov [18] и Ю, Чжуан и Саломаа. [19]
  • ДЕЛА: говорится, см. Хольцер и Кутриб. [20]
  • УМИРАТЬ: штаты, см. Йирасек, Йираскова и Шебей. [22]
  • СВФА: государства см. Йирасек, Йираскова и Сабари. [23]
  • 2DFA: как минимум и самое большее государства, см. Йираскова и Охотин. [31]

Клини звезда

[ редактировать ]
  • ДФА: states, see Maslov [18] и Ю, Чжуан и Саломаа. [19]
  • ДЕЛА: говорится, см. Хольцер и Кутриб. [20]
  • УМИРАТЬ: штаты, см. Йирасек, Йираскова и Шебей. [22]
  • СВФА: государства см. Йирасек, Йираскова и Сабари. [23]
  • 2DFA: как минимум и самое большее государства, см. Йираскова и Охотин. [31]

Разворот

[ редактировать ]
  • ДФА: говорится, см. Миркин, [32] Лейсс, [33] и Ю, Чжуан и Саломаа. [19]
  • ДЕЛА: говорится, см. Хольцер и Кутриб. [20]
  • УМИРАТЬ: государства.
  • СВФА: государства см. Йирасек, Йираскова и Сабари. [23]
  • 2DFA: между и государства, см. Йираскова и Охотин. [31]

Конечные автоматы над унарным алфавитом

[ редактировать ]

Государственная сложность конечных автоматов с однобуквенным ( унарным ) алфавитом, впервые предложенным Хробаком , [34] отличается от многобуквенного регистра.

Позволять быть функцией Ландау .

Трансформация между моделями

[ редактировать ]

Для однобуквенного алфавита преобразования между разными типами конечных автоматов иногда оказываются более эффективными, чем в общем случае.

  • NFA в DFA: говорится, см. Хробак. [34]
  • 2DFA в DFA: государства, см. Хробака [34] and Kunc and Okhotin. [35]
  • 2NFA в DFA: штатах, см. Мерегетти и Пигиццини . [36] и Гефферт , Мерегетти и Пигиццини. [37]
  • от NFA до 2DFA: максимум говорится, см. Хробак. [34]
  • от 2NFA до 2DFA: максимум состояния, доказанные с помощью метода теоремы Савича , см. Гефферта, Мерегетти и Пигиццини. [37]
  • УФА – ДФА: , see Okhotin. [38]
  • НФА в УФА: , see Okhotin. [38]
  • ДФА: государства см. Ю, Чжуан и Соломон. [19]
  • ДЕЛА: говорится, см. Хольцер и Кутриб. [20]
  • 2DFA: между и states, see Kunc and Okhotin. [24]
  • 2НФА: states, see Kunc and Okhotin. [25]

Пересечение

[ редактировать ]
  • ДФА: государства см. Ю, Чжуан и Соломон. [19]
  • ДЕЛА: говорится, см. Хольцер и Кутриб. [20]
  • 2DFA: между и states, see Kunc and Okhotin. [24]
  • 2NFA: между и states, see Kunc and Okhotin. [25]

Дополнение

[ редактировать ]
  • ДФА: государства.
  • ДЕЛА: говорится, см. Хольцер и Кутриб. [20]
  • УФА: минимум говорится, см. Раскин, [39] и самое большее states, see Okhotin. [38]
  • 2DFA: как минимум и самое большее states, see Kunc and Okhotin. [24]
  • 2НФА: как минимум и самое большее государства. Верхняя граница достигается путем реализации метода теоремы Иммермана – Селепшени , см. Гефферта, Мерегетти и Пигиццини. [30]

Конкатенация

[ редактировать ]
  • ДФА: государства см. Ю, Чжуан и Соломон. [19]
  • НФА: между и говорится, см. Хольцер и Кутриб. [20]
  • 2ДФА: states, see Kunc and Okhotin. [24]
  • 2НФА: states, see Kunc and Okhotin. [24]

Клини звезда

[ редактировать ]
  • ДФА: государства см. Ю, Чжуан и Соломон. [19]
  • ДЕЛА: говорится, см. Хольцер и Кутриб. [20]
  • УМИРАТЬ: states, see Okhotin. [38]
  • 2ДФА: states, see Kunc and Okhotin. [24]
  • 2НФА: states, see Kunc and Okhotin. [24]

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]

Обследования государственной сложности были написаны Хольцером и Кутрибом [40] [41] и Гао и др. [42]

Новое исследование сложности состояний обычно представляется на ежегодных семинарах по Описательная сложность формальных систем (DCFS), в Конференция по внедрению и применению автоматов (CIAA), и на различных конференциях по теоретической информатике в целом.

  1. ^ Рабин, Миссури; Скотт, Д. (1959). «Конечные автоматы и проблемы их решения». Журнал исследований и разработок IBM . 3 (2): 114–125. дои : 10.1147/рд.32.0114 . ISSN   0018-8646 .
  2. ^ Лупанов, Олег Борисович (1963). «Сравнение двух типов конечных источников». Проблемы Кибернетики . 9 : 321–326.
  3. ^ Jump up to: а б Люнг, Хинг (2005). «Описательная сложность НКА различной неоднозначности». Международный журнал основ компьютерных наук . 16 (5): 975–984. дои : 10.1142/S0129054105003418 . ISSN   0129-0541 .
  4. ^ Jump up to: а б Шмидт, Эрик М. (1978). Краткость описания контекстно-свободных, регулярных и однозначных языков (доктор философии). Корнелльский университет.
  5. ^ Йираскова, Галина; Пигиццини, Джованни (2011). «Оптимальное моделирование самопроверяющихся автоматов детерминированными автоматами». Информация и вычисления . 209 (3): 528–535. дои : 10.1016/j.ic.2010.11.017 . ISSN   0890-5401 .
  6. ^ Jump up to: а б с Капуцис, Христос (2005). «Удаление двунаправленности из недетерминированных конечных автоматов». Математические основы информатики 2005 . Конспекты лекций по информатике. Том. 3618. стр. 544–555. дои : 10.1007/11549345_47 . ISBN  978-3-540-28702-5 . ISSN   0302-9743 .
  7. ^ Шепердсон, Дж. К. (1959). «Сведение двусторонних автоматов к односторонним автоматам». Журнал исследований и разработок IBM . 3 (2): 198–200. дои : 10.1147/рд.32.0198 . ISSN   0018-8646 .
  8. ^ Мур, Франция (1971). «О границах размера набора состояний в доказательствах эквивалентности детерминированных, недетерминированных и двусторонних конечных автоматов». Транзакции IEEE на компьютерах . С-20 (10): 1211–1214. дои : 10.1109/TC.1971.223108 . ISSN   0018-9340 . S2CID   206618275 .
  9. ^ Бирже, Жан-Камиль (1993). «Сложность состояний конечных устройств, сжимаемость и несжимаемость состояний». Теория математических систем . 26 (3): 237–269. дои : 10.1007/BF01371727 . ISSN   0025-5661 . S2CID   20375279 .
  10. ^ Варди, Моше Ю. (1989). «Заметка о приведении двусторонних автоматов к односторонним». Письма об обработке информации . 30 (5): 261–264. CiteSeerX   10.1.1.60.464 . дои : 10.1016/0020-0190(89)90205-6 . ISSN   0020-0190 .
  11. ^ Чандра, Ашок К.; Козен, Декстер К.; Стокмейер, Ларри Дж. (1981). «Чередование» . Журнал АКМ . 28 (1): 114–133. дои : 10.1145/322234.322243 . ISSN   0004-5411 . S2CID   238863413 .
  12. ^ Феллах, А.; Юргенсен, Х.; Ю, С. (1990). «Конструкции попеременных конечных автоматов∗». Международный журнал компьютерной математики . 35 (1–4): 117–132. дои : 10.1080/00207169008803893 . ISSN   0020-7160 .
  13. ^ Ладнер, Ричард Э.; Липтон, Ричард Дж.; Стокмейер, Ларри Дж. (1984). «Попеременные автоматы с выталкиванием и стекированием». SIAM Journal по вычислительной технике . 13 (1): 135–155. дои : 10.1137/0213010 . ISSN   0097-5397 .
  14. ^ Гефферт, Вильям; Охотин, Александр (2014). Преобразование двусторонних попеременных конечных автоматов в односторонние недетерминированные автоматы . Конспекты лекций по информатике. Том. 8634. стр. 291–302. дои : 10.1007/978-3-662-44522-8_25 . ISBN  978-3-662-44521-1 . ISSN   0302-9743 .
  15. ^ Сакода, Уильям Дж.; Сипсер, Майкл (1978). «Недетерминизм и размер двусторонних конечных автоматов». Материалы десятого ежегодного симпозиума ACM по теории вычислений - STOC '78 . СТОК 1978. ACM. стр. 275–286. дои : 10.1145/800133.804357 .
  16. ^ Берман, Петр; Лингас, Анджей (1977). О сложности регулярных языков в терминах конечных автоматов . Том. Отчет 304. Польская академия наук.
  17. ^ Капуцис, Христос А. (2014). «Двусторонние автоматы против логарифмического пространства». Теория вычислительных систем . 55 (2): 421–447. дои : 10.1007/s00224-013-9465-0 . S2CID   14808151 .
  18. ^ Jump up to: а б с д и Маслов А.Н. (1970). «Оценки числа состояний конечных автоматов». Советская математика — Доклады . 11 : 1373–1375.
  19. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Ю, Шэн; Чжуан, Цинъюй; Саломаа, Кай (1994). «Состояние сложностей некоторых основных операций на обычных языках». Теоретическая информатика . 125 (2): 315–328. дои : 10.1016/0304-3975(92)00011-F . ISSN   0304-3975 .
  20. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к Хольцер, Маркус; Кутриб, Мартин (2003). «Недетерминированная описательная сложность регулярных языков» . Международный журнал основ компьютерных наук (представлена ​​рукопись). 14 (6): 1087–1102. дои : 10.1142/S0129054103002199 . ISSN   0129-0541 .
  21. ^ Jump up to: а б Гёос, Мика; Кифер, Стефан; Юань, Вэйцян (12 февраля 2022 г.). «Нижние границы однозначных автоматов через сложность связи». arXiv : 2109.09155 [ cs.FL ].
  22. ^ Jump up to: а б с д Йирасек, Йозеф; Йираскова, Галина; Шебей, Юрай (2016). Операции над однозначными конечными автоматами . Конспекты лекций по информатике. Том. 9840. стр. 243–255. дои : 10.1007/978-3-662-53132-7_20 . ISBN  978-3-662-53131-0 . ISSN   0302-9743 .
  23. ^ Jump up to: а б с д и Йирасек, Йозеф Штефан; Жираскова Галина; Сабари, Александр (2015). Информатика – теория и приложения . Конспекты лекций по информатике. Том. 9139.стр. 231–261. дои : 10.1007/978-3-319-20297-6_16 . ISBN  978-3-319-20296-9 . ISSN   0302-9743 .
  24. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Кунц, Михал; Охотин, Александр (2012). «Состояние сложности операций над двусторонними конечными автоматами над унарным алфавитом» . Теоретическая информатика . 449 : 106–118. дои : 10.1016/j.tcs.2012.04.010 . ISSN   0304-3975 .
  25. ^ Jump up to: а б с д Кунц, Михал; Охотин, Александр (2011). «Состояние сложности объединения и пересечения двусторонних недетерминированных конечных автоматов». Фундамента информатики . 110 (1–4): 231–239. дои : 10.3233/FI-2011-540 .
  26. ^ Бирже, Жан-Камиль (1993). «Частичный порядок слов, минимальные элементы обычных языков и сложность состояний». Теоретическая информатика . 119 (2): 267–291. дои : 10.1016/0304-3975(93)90160-У . ISSN   0304-3975 .
  27. ^ Йираскова, Галина (2005). «Укажите сложность некоторых операций на бинарных регулярных языках» . Теоретическая информатика . 330 (2): 287–298. дои : 10.1016/j.tcs.2004.04.011 . , Теорема 5
  28. ^ Раскин, Михаил (2018). «Суперполиномиальная нижняя граница размера недетерминированного дополнения однозначного автомата» . DROPS-IDN/V2/Document/10.4230/LIPIcs.ICALP.2018.138 . Шлосс-Дагштуль - Центр информатики Лейбница. doi : 10.4230/LIPIcs.ICALP.2018.138 .
  29. ^ Инджев, Эмиль; Кифер, Стефан (1 августа 2022 г.). «О дополнении однозначных автоматов и графов многими кликами и кокликами» . Письма об обработке информации . 177 : 106270. arXiv : 2105.07470 . дои : 10.1016/j.ipl.2022.106270 . ISSN   0020-0190 . S2CID   234741832 . Проверено 29 мая 2022 г.
  30. ^ Jump up to: а б Гефферт, Вильям; Мерегетти, Карло; Пигиццини, Джованни (2007). «Дополняющие двусторонние конечные автоматы» . Информация и вычисления . 205 (8): 1173–1187. дои : 10.1016/j.ic.2007.01.008 . ISSN   0890-5401 .
  31. ^ Jump up to: а б с Йираскова, Галина; Охотин, Александр (2008). О государственной сложности операций над двусторонними конечными автоматами . Конспекты лекций по информатике. Том. 5257. стр. 443–454. дои : 10.1007/978-3-540-85780-8_35 . ISBN  978-3-540-85779-2 . ISSN   0302-9743 .
  32. ^ Миркин, Борис Георгиевич (1966). «О двойственных автоматах». Кибернетика . 2 :6–9. дои : 10.1007/bf01072247 . S2CID   123186223 .
  33. ^ Лейсс, Эрнст (1985). «Краткое представление регулярных языков булевыми автоматами II». Теоретическая информатика . 38 : 133–136. дои : 10.1016/0304-3975(85)90215-4 . ISSN   0304-3975 .
  34. ^ Jump up to: а б с д Хробак, Марек (1986). «Конечные автоматы и унарные языки». Теоретическая информатика . 47 : 149–158. дои : 10.1016/0304-3975(86)90142-8 . ISSN   0304-3975 .
  35. ^ Кунц, Михал; Охотин, Александр (2011). Развитие теории языка . Конспекты лекций по информатике. Том. 6795. стр. 324–336. CiteSeerX   10.1.1.616.8835 . дои : 10.1007/978-3-642-22321-1_28 . ISBN  978-3-642-22320-4 . ISSN   0302-9743 .
  36. ^ Мерегетти, Карло; Пигиццини, Джованни (2001). «Оптимальное моделирование унарных автоматов». SIAM Journal по вычислительной технике . 30 (6): 1976–1992. дои : 10.1137/S009753979935431X . hdl : 2434/35121 . ISSN   0097-5397 .
  37. ^ Jump up to: а б Гефферт, Вильям; Мерегетти, Карло; Пигиццини, Джованни (2003). «Преобразование двусторонних недетерминированных унарных автоматов в более простые автоматы». Теоретическая информатика . 295 (1–3): 189–203. дои : 10.1016/S0304-3975(02)00403-6 . ISSN   0304-3975 .
  38. ^ Jump up to: а б с д Охотин, Александр (2012). «Однозначные конечные автоматы над унарным алфавитом» . Информация и вычисления . 212 : 15–36. дои : 10.1016/j.ic.2012.01.003 . ISSN   0890-5401 .
  39. ^ Раскин, Майкл (2018). «Суперполиномиальная нижняя граница размера недетерминированного дополнения однозначного автомата». Учеб. ИКП 2018 . стр. 138:1–138:11. doi : 10.4230/LIPIcs.ICALP.2018.138 .
  40. ^ Хольцер, Маркус; Кутриб, Мартин (2009). «Недетерминированные конечные автоматы - последние результаты по сложности описания и вычислений». Международный журнал основ компьютерных наук . 20 (4): 563–580. дои : 10.1142/S0129054109006747 . ISSN   0129-0541 .
  41. ^ Хольцер, Маркус; Кутриб, Мартин (2011). «Описательная и вычислительная сложность конечных автоматов — обзор». Информация и вычисления . 209 (3): 456–470. дои : 10.1016/j.ic.2010.11.013 . ISSN   0890-5401 .
  42. ^ Гао, Юань; Морейра, Нельма; Рейс, Рожерио; Ю, Шэн (2015). «Обзор сложности оперативного состояния». arXiv : 1509.03254v1 [ cs.FL ].
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: d9d8337595d51ed8be10c70205ba4e93__1722264180
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/d9/93/d9d8337595d51ed8be10c70205ba4e93.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
State complexity - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)