ชุดคำดั้งเดิมทั้งหมดเป็นภาษาสำคัญหรือไม่


17

คำWwเรียกว่าดั้งเดิม , ถ้าไม่มีคำโวลต์vและk > 1k>1เพื่อให้W = Vw=vk k ชุดQQของคำดั้งเดิมทั่วตัวอักษรΣΣเป็นภาษาที่รู้จักกันดี WLOG เราสามารถเลือกΣ = { , Σ={a,b} }

ภาษาLLเป็นสำคัญถ้าทุกภาษาและBกับL = Bเรามี= { ε }หรือB = { ε }ABL=ABA={ϵ}B={ϵ}

Q สำคัญหรือไม่?

ด้วยความช่วยเหลือของนักแก้ปัญหา SAT ฉันสามารถแสดงให้เห็นว่าเรามี{ a , b } A{a,b}Aหรือ{ a , b } B{a,b}Bเป็นอย่างอื่น{ a b a b a , b a b a b } Q{ababa,babab}Qไม่สามารถแยกตัวประกอบออกเป็นAAและBBแต่ติดอยู่ตั้งแต่นั้นมา

คำตอบ:


13

คำตอบคือใช่ สมมติว่าเรามีตัวประกอบQ = Q=AB B

หนึ่งสังเกตง่ายคือและBจะต้องเคลื่อน (ตั้งแต่W Bที่เราได้รับW 2Q ) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพียงหนึ่งใน, Bสามารถมีε เราสามารถสมมติ WLOG (ตั้งแต่กรณีอื่น ๆ ที่เป็นสมมาตรสมบูรณ์) ที่ε B จากนั้นตั้งแต่และไม่สามารถเป็นปัจจัยหนึ่งในปัจจัยที่ไม่ว่างเปล่าเราจะต้องมี, ABwABw2QA,BϵϵBaba,bA

ต่อไปเราจะได้รับที่n (และสมบูรณ์ analogously, เมตรn ) สำหรับทุกเมตร, n > 0โดยการเหนี่ยวนำใน :ambnAbmanAm,n>0m

สำหรับม. = 1m=1ตั้งแต่nQเราจะต้องมีn = U vกับยู, วี B ตั้งแต่ยูε , โวลต์จะต้องเป็นkสำหรับบางk n แต่ถ้าk > 0ดังนั้นตั้งแต่b Aเราจะได้b 1 + kQความขัดแย้ง ดังนั้นabnQabn=uvuA,vBuϵvbkknk>0bAb1+kQV = εv=ϵและnabnA

สำหรับขั้นตอนการอุปนัยตั้งแต่เมตร+ 1nQเรามีเมตร+ 1n = U vกับยู, วี B ตั้งแต่คุณϵอีกครั้งเรามีv = a k b nสำหรับบาง0 < k < m + 1หรือv = b kสำหรับบางk <am+1bnQam+1bn=uvuA,vBuϵv=akbn0<k<m+1v=bkk<nn แต่ในกรณีก่อนหน้านี้ vvอยู่ใน AAโดยสมมติฐานการเหนี่ยวนำดังนั้น v 2 Qv2Qขัดแย้งกัน ในกรณีหลังนี้เราจะต้องมี k = 0k=0 (คือ V = εv=ϵ ) ตั้งแต่จากbAเราได้รับ1 + kb1+kQ Q ดังนั้น U = เมตร+ 1nu=am+1bnA

ตอนนี้พิจารณากรณีทั่วไปของคำดั้งเดิมกับRr alternations ระหว่างและคือWเป็นทั้งม. 1n 1 ... เมตรsn s , ม. 1 n 1 ... เมตรs n s (สำหรับR = 2 s - 1 ), a m 1 b n 1a m sabwam1bn1amsbnsbm1an1bmsansr=2s1 + 1am1bn1ams+1หรือb m 1 a n 1bms+1bm1an1bms+1 (for r=2sr=2s); we can show that they are all in AA using induction on rr. What we did so far covered the base cases r=0r=0 and r=1r=1.

For r>1r>1, we use another induction on m1m1, which works very much the same way as the one for r=1r=1 above:

If m1=1m1=1, then w=uvw=uv with uA,vBuA,vB, and since uϵuϵ, vv has fewer than rr alternations. So vv (or its root in case vv itself is not primitive) is in AA by the induction hypothesis on rr for a contradiction as above unless v=ϵv=ϵ. So w=uAw=uA.

If m1>1m1>1, in any factorization w=uvw=uv with uϵuϵ, vv either has fewer alternations (and its root is in AA unless v=ϵv=ϵ by the induction hypothesis on rr), or a shorter first block (and its root is in A unless v=ϵv=ϵ by the induction hypothesis on m1m1). In either case we get that we must have v=ϵv=ϵ, i.e. w=uAw=uA.


The case of Q:=Q{ϵ}Q:=Q{ϵ} is rather more complicated. The obvious things to note are that in any decomposition Q=ABQ=AB, both AA and BB must be subsets of QQ with AB={ϵ}AB={ϵ}. Also, a,b must be contained in AB.

With a bit of extra work, one can show that a and b must be in the same subset. Otherwise, assume wlog that aA and bB. Let us say that wQ has a proper factorization if w=uv with uA{ϵ} and vB{ϵ}. We have two (symmetric) subcases depending on where ba goes (it must be in A or B since it has no proper factorization).

  • If baA, then aba has no proper factorization since ba,aB. Since abaA would imply ababAB, we get abaB. As a consequence, bab is neither in A (which would imply bababaAB) nor in B (which would imply ababAB). Now consider the word babab. It has no proper factorization since babAB and abab,baba are not primitive. If bababA, then since abaB we get (ba)4AB; if bababB, then since aA we get (ab)3AB. So there is no way to have bababAB, contradiction.
  • The case baB is completely symmetric. In a nutshell: bab has no proper factorization and cannot be in B, so it must be in A; therefore aba cannot be in A or B; therefore ababa has no proper factorization but also cannot be in either A or B, contradiction.

I am currently not sure how to proceed beyond this point; it would be interesting to see if the above argument can be systematically generalized.


Wow, you have my respect. I'll go through it later today or tomorrow as I don't have time right now, but I am seriously impressed :) It took me a few hours to get that {a, b} are in A but I didn't exploit that \epsilon is not a primitive word. How did you approach this problem (or was it "just do it"?)? How long did it take you to come up with that proof?
Henning

Thanks! I got the main idea (showing that any nonempty proper suffix of words must be in A) by thinking about what happens to some "simple" words. ϵ,a, and b were relatively straightforward, an or bn were out of the question, and considering ab,abb,abbb, got me on the right path.
Klaus Draeger

4
Your proof is beautiful and not as hard as I thought (I feel quite stupid now, I spent some time thinking about it). However it seems to heavily relay on epsilon not being element of Q. Is Q{ϵ} also prime?
Henning

1
Good question! I'll have to get back to you on that one.
Klaus Draeger

2
Thanks for the comments, and sorry for the delay. The case where we want to include the empty word seems to be more complicated, see update.
Klaus Draeger
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.