จำนวนภาษาปกติที่แตกต่างกัน


14

เมื่อได้รับตัวอักษรΣ={a,b}มีภาษาปกติที่แตกต่างกันจำนวนกี่ตัวที่สามารถยอมรับได้โดยn state non-deterministic

เป็นตัวอย่างให้เราพิจารณาn=3 3 แล้วเรามี218การกำหนดค่าการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกันและ23ที่แตกต่างกันที่เริ่มต้นและสิ้นสุดการกำหนดค่าของรัฐเพื่อให้เราได้ผูกพันบนของ224ภาษาที่แตกต่างกัน
อย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้จะเทียบเท่าและเนื่องจากการทดสอบสำหรับ PSPACE-Complete จึงอาจไม่สามารถทดสอบแต่ละการตั้งค่าได้
มีวิธีการอื่นหรือข้อโต้แย้งแบบ combinatorial ซึ่ง จำกัด จำนวนภาษาที่แตกต่างกันซึ่งได้รับการยอมรับจากทรัพยากรที่ให้ไว้หรือไม่?


มีเพียง 3 การกำหนดค่าเริ่มต้นที่รัฐ differnt ไม่เป็น 3 23
FrankW

4
ความคิดด่วน: ภาษาปกติมีลักษณะเทียบเท่ากับคลาสที่เทียบเท่าจำนวนมากอย่าง cf Myhill-Nerode มีคลาสเทียบเท่าที่แตกต่างกันกี่ชุดที่สามารถใช้ออโตเมติก state ได้ n
Raphael

5
มันอาจจะมีประโยชน์สำหรับ google สำหรับกระดาษ "ในจำนวนของภาษาที่แตกต่างกันยอมรับโดยอัตโนมัติ จำกัด กับ n ฯ " โดย Domaratzki, Kisman และ Shallit
Hendrik


1
vzn

คำตอบ:


11

นี่คือบทสรุปของกระดาษในจำนวนที่แตกต่างภาษาได้รับการยอมรับโดย Finite Automata กับ n สหรัฐอเมริกา กระดาษมีความง่าย แต่ยังห่างไกลจากขอบเขตแคบล่างและบนของจำนวนภาษาที่แตกต่างซึ่งเป็นที่ยอมรับของ NFA การสนทนาของพวกเขาเกี่ยวกับจำนวนของ DFA ที่แตกต่างนั้นลึกซึ้งมากดังนั้นฉันจะรวมส่วนนั้นด้วย

กระดาษเริ่มต้นด้วย asymptotic ค่อนข้างเข้มงวดสำหรับจำนวนภาษาที่แตกต่างที่ DFA ยอมรับกับnรัฐเป็นตัวอักษรเอก นี้จะกระทำโดยการสังเกตภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด -state เอก DFA มีน้อย ในกรณีดังกล่าวรายละเอียดของหุ่นยนต์อาจจะแมป (bijectively) ไปยังคำดั้งเดิมและการแจงนับของคำดังกล่าวเป็นที่รู้จักกันดีและทำด้วยความช่วยเหลือของฟังก์ชั่นMöbius การใช้ผลลัพธ์ดังกล่าวจะพิสูจน์ขอบเขตของตัวอักษรที่ไม่ใช่เอกภพทั้งใน DFA และในกรณี NFAn

ลองดูรายละเอียดเพิ่มเติม สำหรับตัวอักษร -letter ให้นิยาม k โปรดทราบว่าgk(n)= n i = 1

fk(n)=the number of pairwise non-isomorphic minimal DFA's with n statesgk(n)=จำนวนภาษาที่แตกต่างที่ DFA ยอมรับด้วย n รัฐGk(n)=จำนวนภาษาที่แตกต่างที่ NFA ยอมรับด้วย n รัฐ
) เราเริ่มต้นด้วย F 1 ( k )และกรัม1 ( k ) ก.k(n)=Σผม=1nk(ผม)f1(k)g1(k)

การนับจำนวนของ DFA ของ Unary

A DFA หนึ่งข้อกับสถานะ q 0 , , q nM=(Q,{a},δ,q0,F)นั้นน้อยที่สุด iffq0,,qn1

  1. มันมีการเชื่อมต่อ ดังนั้นหลังจากเปลี่ยนชื่อมันเป็นแผนภาพการเปลี่ยนแปลงประกอบด้วยลูปและหางเช่นและδ(qi,a)=qi+1สำหรับบาง j n - 1 .δ(qn1,a)=qjjn1
  2. วนรอบน้อยที่สุด
  3. ถ้าดังนั้นq j - 1Fและq n - 1Fj0qj1Fqn1Fหรือและq n - 1qj1FFqn1F

ห่วงqj,,qn1มีน้อย IFF คำเจn - 1กำหนดโดย ฉัน =ajan1 เป็นดั้งเดิมซึ่งหมายความว่ามันไม่สามารถเขียนในรูปแบบxk สำหรับบางคำxและบางจำนวนเต็มk2 จำนวนψk(n)ของคำดั้งเดิมของความยาวnมากกว่าk-letter ตัวอักษรเป็นที่รู้จักกันดูเช่น Lothaire,Combinatorics คำ เรามี ψk(n)=d | nμ(d)kn/

ai={1if qF,0if qF
xkxk2
ψk(n)nk โดยที่
ψk(n)=d|nμ(d)kn/d
เป็นฟังก์ชั่นMöbius ด้วยความช่วยเหลือของ ψ k ( n )μ(n)ψk(n)กระดาษพิสูจน์สูตรที่แน่นอนสำหรับและg 1 ( n )และแสดงให้เห็นว่า asymptotically (ทฤษฎีบท 5 และ Corollary 6), g 1 ( n )f1(n)g1(n)
g1(n)=2n(nα+O(n2n/2))f1(n)=2n1(n+1α+O(n2n/2)).

การแจงนับ DFA

fk(n)

fk(n)f1(n)n(k1)nn2n1n(k1)n.
ΔΣMMΔMΔ
Sk,nMk{0,1,,k1}
  1. M{0}f1(n)n
  2. k1hi:QQ1i<kδ(q,i)=hi(q)1i<kqQ

Sn,kf1(n)n(k1)n

การแจงนับของ NFA

G1(n)2nϵ,a,,an1n
G1(n)(c1nlogn)n
k2

n2(k1)n2Gk(n)(2n1)2kn2+1.
The proof is quite short, hence I include it verbatim (more or less). For the upper bound, note that any NFA can be specified by specifying, for each pair (q,a) of state and symbol, which subset of Q equals δ(q,a) (hence the factor 2kn2. We may assign the final states as follows: either the initial state is final or not, and since the names of the states are unimportant, we may assume the remaining final states are {1,,k} for k[0..n1]. Finally, if we choose no final states, we obtain the empty language.
For the lower bound the authors proceed in a similar way as in the proof for the DFA case: Define an NFA M=(Q,Σ,δ,q0,F) with Σ={0,1,,k1}, Q={q0,,qn1} and δ:
δ(qi,0)=q(i+1)modnfor 0i<nδ(qi,j)=hj(i)for 0i<n,1j<k
where hj:{1,,n1}2Q is any set-valued function. Finally, let F={qi} for any i[0..n1]. There are 2(k1)n2 such functions and n ways to choose the set of final states. One can then show that no two such NFA's accept the same language.
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.