DFA สำหรับการยอมรับสตริงไบนารีทั้งหมดของรูปแบบพลังงานของ (ไม่หารด้วย ) คือสำหรับกำหนด


9

เราสามารถสร้างการยอมรับ DFA เลขฐานสองหารด้วยnn

ตัวอย่างเช่น DFA ที่ยอมรับเลขฐานสองหารด้วย 2 สามารถเกิดขึ้นได้ดังนี้:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ในทำนองเดียวกัน DFA ที่รับเลขฐานสองหารด้วย 3 สามารถเกิดขึ้นได้ดังนี้: ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

เราสามารถทำตามขั้นตอนที่กำหนดไว้อย่างดีเพื่อจัดทำ DFA ประเภทนี้ อย่างไรก็ตามสามารถมีขั้นตอนที่กำหนดไว้ได้ดีหรือดีกว่าที่จะบอกว่าตรรกะสำหรับการสร้าง DFAs ยอมรับจำนวนรูปแบบnk ?

ยกตัวอย่างเช่นให้เราพิจารณา DFA ยอมรับตัวเลขทั้งหมดของรูปแบบ k ภาษานี้จะเป็นจึงมี regex * เราสามารถสร้าง DFA ได้ดังต่อไปนี้: 2k{1,10,100,1000,...}10ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ฉันลองสร้าง DFA เป็นเวลาและสิ่งที่คล้ายกันใช่ไหม แต่ก็ไม่สามารถที่จะทำเช่นนั้น หรือจะเป็นเพียงว่ารูปแบบของเทียบเท่าไบนารีซึ่งทำให้มันเป็นไปได้ที่จะสร้าง DFA และเราไม่สามารถสร้างการยอมรับ DFA เลขฐานสองทุกรูปแบบสำหรับเฉพาะ ?3k2nnkn


ฉันคิดว่าคุณมีคำตอบที่นี่

3
@ ราฟาเอล, ไม่, นั่นคือสำหรับทวีคูณของ ; นี้เป็นเรื่องเกี่ยวกับอำนาจของnnn
DW

FYI อาจจะมีคนอื่น "ใกล้เคียง" ฟังก์ชั่นที่มีการคำนวณโดย DFAs เช่นหารของอำนาจอื่น ๆ เช่นฟังก์ชั่น Collatz (ซึ่งเกี่ยวข้องกับอำนาจของ 3) สามารถคำนวณได้โดยสถานะ จำกัด transducer ฯลฯ
vzn

คำตอบ:


10

นี่เป็นข้อพิสูจน์ที่รวดเร็วและสกปรกเมื่อใช้ Pumping Lemma ภาษาประกอบด้วยในไบนารีนั้นไม่ใช่เรื่องปกติ (หมายเหตุ: มันเป็นเรื่องปกติถ้าแสดงในไตรภาคดังนั้นการแทนจึงมีความสำคัญ)L3n

ผมจะใช้สัญกรณ์จากวิกิพีเดียใหม่บทความสูบน้ำแทรก สมมติว่าความขัดแย้งเป็นปกติ ให้เป็นสตริงใด ๆ ด้วย (ความยาวปั๊ม) โดย Pumping Lemma เขียนด้วยและทุกL ฉันจะเขียน , , และเช่นกันสำหรับค่าตัวเลขของส่วนต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องและสำหรับความยาวของพวกเขาในWตัวเลขเรามีสำหรับบางส่วนLwL|w|pw=xyz|y|1,|xy|pi0 xyizLxyz|x|,|y|,|z|ww=3k0k0N. ในขณะเดียวกันเรามีตัวเลข x ดังนั้นเราจึงมีw=z+2|z|y+2|z|+|y|x

z+2|z|y+2|z|+|y|x=3k0

ทีนี้มาปั๊มเพื่อรับwi0

z+2|z|y(j=0i1(2|y|)j)+2|z|+i|y|x=3ki,

ที่<\ ทำให้เราได้รับk0<k1<k2<i1

z+2|z|y(2i|y|1)/(2|y|1)+2|z|+i|y|x=3ki.

ให้-1) ถ้าอย่างนั้นเราก็มีC=z2|z|y/(2|y|1)

3ki=2|z|+i|y|y/(2|y|1)+2|z|+i|y|x+C.

ตอนนี้ให้สังเกตว่า

3ki3ki1=(2|y|1)(3ki1C).

ดังนั้นเราจึงมีโปรดทราบว่า1 ดังนั้นในมือข้างหนึ่งค่าสัมบูรณ์ของด้านขวามือเติบโตอย่างน้อยซึ่งจะไปอินฟินิตี้กับฉันในทางกลับกันเป็นอิสระจากและเป็นค่าคงที่ สิ่งนี้ให้ความขัดแย้งC(2|y|1)=3ki1(2|y|3kiki1).|2|y|3kiki1|13ki1iC(2|y|1)i


คุณช่วยอธิบายเพิ่มเติมหน่อยได้ไหมว่าทำไมจริงหรือ ฉันถามเพราะความไม่เท่าเทียมนี้เพียงอย่างเดียวสามารถใช้เพื่อให้ได้ความขัดแย้ง:คูณทั้งสองด้านด้วยเราได้จึงซึ่งขัดแย้งกัน (ด้วยเหตุผลที่ระบุไว้ในหลักฐานของคุณ) |2|y|3kiki1|1|2|y|3kiki1|13ki1|3ki12|y|3ki|3ki1|C(2|y|1)|3ki1
Anton Trunov

1
ตั้งแต่เรามีเท่ากันและนั้นแปลก ความแตกต่างของพวกเขาคือคี่ดังนั้นอย่างน้อย 1 ในค่าสัมบูรณ์ |y|12|y|3kiki1
เดนิส Pankratov

10

วิธีหนึ่งในการเห็นว่าสิ่งนี้เป็นไปไม่ได้สำหรับ (เช่น) ภาษาของกำลังของในการขยายฐานสองคือการพิจารณาฟังก์ชั่นการสร้างL3

k=0nkzk ,

ที่คือจำนวนคำของความยาวในLฟังก์ชั่นนี้เป็นที่รู้จักกันเหตุผลคือเชาวน์มีหลายชื่อสำหรับการใด ๆ ปกติLโดยเฉพาะอย่างยิ่งตัวเลขสนองการเกิดซ้ำเชิงเส้นสำหรับบางและ{Z}nkkLp(x)/q(x)Lnknk+p+1=a0nk++apnk+ppNa1,,apZ

ในทางกลับกันเนื่องจากเป็นจำนวนอตรรกยะในเราจะได้สำหรับทั้งหมดและลำดับไม่ใช่คาบ สิ่งนี้ให้ความขัดแย้งเนื่องจากหลังจากขั้นตอนมากที่สุดค่าของจะต้องทำซ้ำและการเกิดซ้ำนั้นจะนำไปสู่พฤติกรรมเป็นระยะlog2(3)(1,2)nk{0,1}k(nk)k12pnk,,nk+p


8

คำตอบที่สมบูรณ์สำหรับคำถามของคุณนั้นมาจากผลลัพธ์ของ Cobham [2] ที่ยาก (ยาก)

กำหนดฐานเลข , ชุดของจำนวนธรรมชาติกล่าวจะ -recognizable ถ้าการแสดงในฐานขององค์ประกอบในรูปแบบภาษาประจำตัวอักษร\} ดังนั้นที่คุณสังเกตเห็นชุดของอำนาจของเป็น -recognizable เพราะมันเป็นตัวแทนจากชุดปกติบนตัวอักษร\} ในทำนองเดียวกันชุดของพลังของคือ - รู้จัก - มันสอดคล้องกับชุดปกติ - และชุดของพลังของคือbbb{0,1,,b1}2210{0,1}421(00)33-recognizable - มันสอดคล้องกับชุดปกติมากกว่าตัวอักษร\}10{0,1,2}

ชุดของตัวเลขธรรมชาติถูกบอกว่าเป็นระยะในที่สุดถ้ามันเป็นสหภาพที่แน่นอนของความก้าวหน้าทางคณิตศาสตร์

สองฐานจะกล่าวว่าเป็นmultiplicatively ขึ้นอยู่กับว่ามีดังกล่าวว่าทั้งสองและเป็นอำนาจของ : ยกตัวอย่างเช่นและมี multiplicatively ขึ้นตั้งแต่และ5b,c>1r>1bcr8328=238=25

ทฤษฎีบท [Cobham] ให้และสองฐานอิสระทวีคูณ หากชุดเป็น -recognizable และ -recognizable แล้วมันเป็นระยะในที่สุดbcbc

โดยเฉพาะอย่างยิ่งช่วยให้เป็นชุดของอำนาจของ3เราได้เห็นว่ามันเป็นรู้จัก ถ้ามันเป็นยัง -recognizable ก็จะเป็นระยะ ๆ ในที่สุดซึ่งไม่แน่นอนกรณีสำหรับSS332S

ทฤษฎีบทของคอบนำไปสู่การสรุปและการพัฒนาที่น่าแปลกใจมากมาย ผมขอแนะนำให้สำรวจ [1] หากคุณสนใจ

[1] V. Bruyère, G. Hansel, C. Michaux, R. Villemaire, Logic และจำนวนเต็มจำนวนที่สามารถจดจำได้, Journées Montoises (Mons, 1992) วัว. Belg คณิตศาสตร์. Soc ไซมอน Stevin 1 (1994) ไม่มี 2, 191--238 แก้ไขเลขที่ 4, 577p

[2] A. Cobham, ลำดับแท็กเครื่องแบบ, คณิตศาสตร์ ทฤษฎีระบบ 6 (1972), 164--192


คุณช่วยแก้ไขการอ้างอิงได้ไหม ตอนนี้พวกเขาทั้งคู่มีหมายเลข [1] & [1]
แอนตัน Trunov
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.