Кількість різних регулярних мов


14

Дано алфавіт , скільки різних регулярних мов може бути прийнято -державним недетермінованим кінцевим автоматом?Σ={a,b}n

В якості прикладу розглянемо . Потім у нас є різних конфігурацій переходу та різних конфігурацій стартового та кінцевого стану, тому у нас є верхня межа різних мов. Однак багато з них будуть еквівалентними, і оскільки тестування на це є PSPACE-Complete, перевірити кожне налаштування, ймовірно, неможливо. Чи існують інші засоби або комбінаторні аргументи, які обмежують кількість різних мов, прийнятих даним ресурсом?n=321823224


Є лише 3 різні конфігурації стану запуску, а не . 23
FrankW

4
Коротка ідея: звичайні мови характеризуються безліччю класів еквівалентності, пор. Myhill-Nerode. Скільки різних наборів класів еквівалентності може підтримувати державний nавтомат?
Рафаель

5
Це може бути корисно для google для статті "Про кількість різних мов, прийнятих скінченними автоматами з російськими державами" Domaratzki, Kisman та Shallit.
Гендрик Ян


1
знайдено майже те саме питання на tcs.se: Яка кількість мов, прийнятих DFA розміром n?
vzn

Відповіді:


11

Це короткий виклад статті про кількість розрізних мов, прийнятих кінцевими автоматами з російськими державами . Документ пропонує порівняно просту, але далеко не тугу, нижню та верхню межі щодо кількості різних мов, прийнятих NFA. Їх обговорення щодо кількості окремих DFA дуже проникливе, тому я також включу цю частину.

Документ починається з досить жорсткої асимптотики щодо кількості різних мов, прийнятих DFA з державами над одинарним алфавітом. Це робиться, спостерігаючи, при яких умовах заданий n- одинарний DFA є мінімальним. У таких випадках опис автомата може бути (бієктивно) віднесено до примітивного слова , а перерахування таких слів добре відоме і проводиться за допомогою функції Мебіуса . Використовуючи цей результат, доведено межі для неанарних алфавітів, як у DFA, так і у випадку NFA.нн

Розглянемо докладніше. Для алфавіту - визначте f k ( n )к Зауважимо, щоgk(n)= n i = 1 fk(i). Почнемо зf1(k)іg1(k).

fк(н)=кількість парних неізоморфних мінімумів DFA з н державгк(н)=кількість різних мов, прийнятих DFA з н державГк(н)=кількість різних мов, прийнятих NFA з н держав
гк(н)=i=1нfк(i)f1(к)г1(к)

Перерахування Унарних ДФА

Одинарна DFA зі станами q 0 , , q n - 1 мінімальна iffМ=(Q,{а},δ,q0,Ж)q0,,qn1

  1. Він пов'язаний. Таким чином, після перейменування, схема переходу складається з циклу і хвоста, тобто і δ ( q n - 1 , a ) = q j для деяких j n - 1 .δ(qi,а)=qi+1δ(qн-1,а)=qjjн-1
  2. Петля мінімальна.
  3. Якщо , то або д J - 1F і Q п - 1F або д J - 1F і Q п - 1F .j0qj-1Жqн-1Жqj-1Жqн-1Ж

Цикл є мінімальним, якщо слово a ja n - 1, визначене a i = { 1qj,,qн-1аjан-1 єпримітивною, що означаєщо не може бути записана у виглядіхK для деякого словахі деякого цілого числадо2. Відомо числоψk(n)примітивних слів довжиноюnнадk-літерними алфавітами, див., Наприклад, Lothaire,Combinatorics on Words. Маємо ψk(n)=d | nμ(d)kn/

аi={1якщо qЖ,0якщо qЖ
хкхк2
ψк(н)нк деμ(n)-функція Мебіуса. За допомогою ψ k (n)в роботі доводиться точна формула для f 1 (n)та g 1 (n)і показує, що асимптотично (теорема 5 і слідство 6), g 1 ( n )
ψk(n)=d|nμ(d)kn/d
μ(n)ψk(n)f1(n)g1(n)
g1(n)=2n(nα+O(n2n/2))f1(n)=2n1(n+1α+O(n2n/2)).

Перерахування DFA

Наступний крок - нижня межа для . У теоремі 7 зазначено, що f k ( n ) f 1 ( n ) n ( k - 1 ) nn 2 n - 1 n ( k - 1 ) n . Для множини Δ Σ автомата M визначте M Δ як обмеження M до Δ .fk(n)

fk(n)f1(n)n(k1)nn2n1n(k1)n.
ΔΣMMΔMΔ
Доказ працює, враховуючи множину DFA M над алфавітом k -letter { 0 , 1 , , k - 1 }, визначенимSk,нМк{0,1,,к-1}
  1. Нехай є одним із f 1 ( n ) різних одинарних DFA на n станах, іМ{0}f1(н)н
  2. к-1годi:QQ1i<кδ(q,i)=годi(q)1i<кqQ

Sн,кf1(н)н(к-1)н

Перерахування НФА

Г1(н)2нϵ,а,,ан-1н
Г1(н)(c1нжурналн)н
к2

н2(к-1)н2Гк(н)(2н-1)2кн2+1.
(q,а)Qδ(q,а)2кн2{1,,к}к[0 ..н-1]
М=(Q,Σ,δ,q0,Ж)Σ={0,1,,к-1}, Q={q0,,qн-1} і δ:
δ(qi,0)=q(i+1)модндля 0i<нδ(qi,j)=годj(i)для 0i<н,1j<к
де годj:{1,,н-1}2Q- будь-яка задана функція. Нарешті, нехайЖ={qi} для будь-якого i[0 ..н-1]. Існує2(к-1)н2 такі функції і нспособи вибору набору кінцевих станів. Тоді можна показати, що жодна з двох таких НФА не приймає однакову мову.
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.