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计算机科学 > 计算机科学中的逻辑

arXiv:2506.18439v5 (cs)
[提交于 2025年6月23日 (v1) ,最后修订 2025年7月9日 (此版本, v5)]

标题: 量子下推系统的模型检测计算复杂性

标题: Computational Complexity of Model-Checking Quantum Pushdown Systems

Authors:Deren Lin, Tianrong Lin
摘要: 在本文中,我们从计算复杂性的角度研究模型检测量子下推系统的問題。 我们得出了以下同样重要且有趣的新的结果: 我们首先将{\it 概率下推系统}和{\it 马尔可夫链}的概念扩展到它们的量子对应物,并研究是否有必要定义{\it 概率计算树逻辑}的量子对应物来描述{\it 量子马尔可夫链}的概率和分支时间性质。 我们研究其模型检测问题,并表明对{\it 无状态量子下推系统 (qBPA)}与{\it 概率计算树逻辑(PCTL)}的模型检测通常是不可判定的,即不存在对{\it 无状态量子下推系统}与{\it 概率计算树逻辑}进行模型检测的算法。 我们接着研究在何种情况下存在对{\it 无状态量子下推系统}的模型检测算法,并表明对{\it 无状态量子下推系统}与{\it 有界概率计算树逻辑}(bPCTL)的模型检测问题是可判定的,进一步表明该问题属于$NP$-hard。 我们的归约首次是从{\it 有界邮递员问题 对应问题}进行的,这是一个著名的$NP$-完全问题。
摘要: In this paper, we study the problem of model-checking quantum pushdown systems from a computational complexity point of view. We arrive at the following equally important, interesting new results: We first extend the notions of the {\it probabilistic pushdown systems} and {\it Markov chains} to their quantum analogues and investigate the question of whether it is necessary to define a quantum analogue of {\it probabilistic computational tree logic} to describe the probabilistic and branching-time properties of the {\it quantum Markov chain}. We study its model-checking question and show that model-checking of {\it stateless quantum pushdown systems (qBPA)} against {\it probabilistic computational tree logic (PCTL)} is generally undecidable, i.e., there exists no algorithm for model-checking {\it stateless quantum pushdown systems} against {\it probabilistic computational tree logic}. We then study in which case there exists an algorithm for model-checking {\it stateless quantum pushdown systems} and show that the problem of model-checking {\it stateless quantum pushdown systems} against {\it bounded probabilistic computational tree logic} (bPCTL) is decidable, and further show that this problem is in $NP$-hard. Our reduction is from the {\it bounded Post Correspondence Problem} for the first time, a well-known $NP$-complete problem.
评论: [v5] 语法错误已修复;欢迎提出评论。arXiv管理员注:与arXiv:1405.4806、arXiv:2209.10517有大量文本重叠。
主题: 计算机科学中的逻辑 (cs.LO) ; 计算复杂性 (cs.CC)
MSC 类: 68Q15, 03B25
引用方式: arXiv:2506.18439 [cs.LO]
  (或者 arXiv:2506.18439v5 [cs.LO] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2506.18439
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Tianrong Lin [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 6 月 23 日 09:22:23 UTC (24 KB)
[v2] 星期三, 2025 年 6 月 25 日 03:25:35 UTC (24 KB)
[v3] 星期一, 2025 年 6 月 30 日 15:15:15 UTC (24 KB)
[v4] 星期二, 2025 年 7 月 8 日 05:04:38 UTC (25 KB)
[v5] 星期三, 2025 年 7 月 9 日 19:36:42 UTC (25 KB)
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