Мова з ірраціональним номером не є CFL


10

Я працюю над важкою вправою в підручнику, і просто не можу зрозуміти, як діяти далі. Ось проблема. Припустимо, у нас є мова де - деяке ірраціональне число. Як я можу довести, що не є контекстною мовою?L = { a i b j : i j γ , i 0 , j 1 } L={aibj:ijγ,i0,j1}γ γLL

У випадку, коли раціональна, побудувати граматику, яка приймає мову, досить легко. Але оскільки \ gamma нераціональна, я не знаю, що робити. Схоже, що тут не працює жодна з насосних лем. Можливо, теорема Париха працювала б тут, оскільки інтуїтивно здавалося б, що ця мова не має супроводжуючого напівлінійного зображення Париха.γ γγγ

Ця вправа - з "Другого курсу з формальних мов та теорії автоматів" Джефрі Шалліта, вправа 25 глави 4.

Я б дуже вдячний за будь-яку допомогу або підштовхує в правильному напрямку. Дякую!


Ви спробували застосувати теорему Париха?
Yuval Filmus

Чому б не показати, що це не напівлінійно безпосередньо? Використовуйте визначення.
Yuval Filmus

4
Якраз вчасно домашнє завдання! Дякую. CS 462/662 Формальні мови та розбір зими 2019 року, завдання 9, вправа 3.
Хендрік, січ

@HendrikJan Я самостійно вивчаю підручник "Другий курс з формальних мов та теорії автоматів" Джефрі Шалліта. Це вправа 25 глави 4 fyi. Чи можна було б приховати цю посаду, поки не буде призначено завдання?

Я ціную те, що ви намагалися зробити, і ваші добрі наміри, але, будь ласка, не руйнуйте це питання, редагуючи його, щоб приховати питання (навіть на кілька днів). Дякую. PS Дякуємо, що зарахували джерело проблеми!
DW

Відповіді:


7

Згідно теореми Париха, якби був без контексту, то множина була б напівлінійною, тобто це було б об'єднанням безлічі множин форма , для деяких .L LM = { ( a , b ) : a γ b } M={(a,b):aγb}S = u 0 + N u 1 + + N u S=u0+Nu1++Nuu i = ( a i , b i )ui=(ai,bi)

Очевидно , і , крім того для кожного , так як в противному випадку при досить великому . Тому (оскільки раціональний). Це означає, що кожен задовольняє .u 0M u0Mu iM uiMi > 0 i>0u 0 + N u iM u0+NuiMN Ng ( S ) : = max ( a 0 / b 0 , , a / b ) < γ g(S):=max(a0/b0,,a/b)<γg ( S ) g(S)( a , b ) S (a,b)Sa / b g (S )a/bg(S)

Тепер припустимо, що - об'єднання і визначимо . Вищевикладене показує, що кожен в об'єднанні задовольняє , і ми отримуємо протиріччя, оскільки .M MS ( 1 ) , , S ( m )S(1),,S(m) g = max ( g ( S ( 1 ) ) , , g ( S ( m ) ) ) < γ g=max(g(S(1)),,g(S(m)))<γ( a , b ) (a,b)a / b g < γ a/bg<γsup { a / b : ( a , b ) M} = γsup{a/b:(a,b)M}=γ


Коли раціональна, доказ не вдається, і дійсно є напівлінійним: Дійсно, за побудовою будь-яка пара у правій частині задовольняє (оскільки ). І навпаки, припустимо, що . У той час як і віднімаємо від . Врешті-решт (оскільки означаєγγMM{(a,b):astb}=s1a=0(a,tsa)+N(s,t)+N(0,1).

{(a,b):astb}=a=0s1(a,tsa)+N(s,t)+N(0,1).
(a,b)(a,b)astbastbs=stts=sttastbastbasasbtbt(s,t)(s,t)(a,b)(a,b)a<sa<sb<tb<tastb<sastb<s). Оскільки , обов'язково . Отже, ми можемо віднімати від поки не досягнемо .astbastbbtsabtsa(0,1)(0,1)(a,b)(a,b)(a,tsa)(a,tsa)


Гарна відповідь. Просто уточнення, логіка "кожного задовольняє " полягає в тому, що в іншому випадку, якби був , ми могли б побудувати an такий, що є настільки ж великим, скільки потрібно, і тому більше, ніж ? (a,b)S(a,b)Sa/bg(S)a/bg(S)(a,b)>g(S)(a,b)>g(S)(x,y)S(x,y)Sx/yx/yγγ

Ні, це випливає безпосередньо з визначення . Ваш аргумент пояснює, чому . g(S)g(S)g(S)<γg(S)<γ
Yuval Filmus

6

Кожна змінна, крім у цій відповіді означає позитивне ціле число. Загальновідомо, що з урахуванням ірраціональної існує послідовність раціональних чисел така, що ближче до ніж будь-яке інше раціональне число, менше ніж , знаменник якого менше .γγγ>0γ>0a1b1<a2b2<a3b3<<γa1b1<a2b2<a3b3<<γaibiaibiγγγγbibi


Виявляється, насосна лема справді працює!

Заради суперечності нехай - довжина накачування як мова без контексту. Нехай , слово, яке є але "ледве". Зверніть увагу, що . Розглянемо s = u v w x y , де | v x | > 1 і s n = u v n w x n y L для всіх n 0 .ppLLs=aapbbps=aapbbpLL|s|>bpp|s|>bpps=uvwxy|vx|>1sn=uvnwxnyLn0

Нехай t ata і t btb - число aa s і bb s в v xvx відповідно.

  • Якщо t b = 0tb=0 або t aт б >γtatb>γ, дляпnдосить велике, то ставлення числачерезх, що іби вспбуде більшеніжгамма, тобтоївпл.
  • В іншому випадку, т аt b <γ. Оскількиtb<bp,tat b <apб р . Отже, р-тb p - t b >apb p Оскількиbp-tb<bp,ap-taб р - т б >γ, якому говоритьсящоS0L.

Вищенаведене протиріччя показує, що L не може бути без контексту.


Ось дві пов'язані простіші вправи.

Вправа 1. Покажіть, що L γ = { a i γ : i N } не є контекстним, де γ - ірраціональне число.

Вправа 2. Покажіть, що L γ = { a i b j : i j γ , i 0 , j 0 } без контексту, де γ - раціональне число.


Властивість у відповіді можна довести просто шляхом вибору всіх раціональних чисел, ближчих до γ, ніж усі попередні числа у списку всіх раціональних чисел, менших за γ у порядку збільшення знаменників, і для тих же знаменників, у збільшенні замовлення.
Джон Л.

Звичайна конструкція полягає в тому, щоб взяти конвергенти тривалої фракції.
Yuval Filmus

@YuvalFilmus Так, я згоден. З іншого боку, цей майже однолінійний доказ набагато простіший і доступний. ("зростаючий порядок" в моєму останньому повідомленні має бути "зменшуючим порядком").
Джон Л.
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.