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计算机科学 > 形式语言与自动机理论

arXiv:2510.07696 (cs)
[提交于 2025年10月9日 ]

标题: 低自动复杂度词语的语言很难计算

标题: Languages of Words of Low Automatic Complexity Are Hard to Compute

Authors:Joey Chen, Bjørn Kjos-Hanssen, Ivan Koswara, Linus Richter, Frank Stephan
摘要: The automatic complexity of a finite word (string) is an analogue for finite automata of Sipser's distinguishing complexity (1983) and was introduced by Shallit and Wang (2001). For a finite alphabet $\Sigma$ of at least two elements, we consider the non-deterministic automatic complexity given by exactly - yet not necessarily uniquely - accepting automata: a word $x \in \Sigma^*$ has exact non-deterministic automatic complexity $k \in \mathbb{N}$ if there exists a non-deterministic automaton of $k$ states which accepts $x$ while rejecting every other word of the same length as $x$, and no automaton of fewer states has this property. Importantly, and in contrast to the classical notion, the witnessing automaton may have multiple paths of computation accepting $x$. 我们用$A_{Ne}$表示这个复杂度度量,并研究了一类低$A_{Ne}$复杂度的语言,定义为$L_q = \{ \, x \in \Sigma^* : A_{Ne}(x) < q|x| \, \}$,该类由有理数$q \in (0,1/2)$参数化(推广了 Kjos-Hanssen 首先研究的一类集合)。 我们证明对于每个$q \in (0,1/2)$,该类既不是上下文无关的,也不能被某些布尔电路识别。 在此过程中,我们回答了 Kjos-Hanssen 提出的一个开放性问题,该问题量化了$L_{1/3}$在布尔电路中的复杂度,还证明了$A_{Ne}$的香农效应。
摘要: The automatic complexity of a finite word (string) is an analogue for finite automata of Sipser's distinguishing complexity (1983) and was introduced by Shallit and Wang (2001). For a finite alphabet $\Sigma$ of at least two elements, we consider the non-deterministic automatic complexity given by exactly - yet not necessarily uniquely - accepting automata: a word $x \in \Sigma^*$ has exact non-deterministic automatic complexity $k \in \mathbb{N}$ if there exists a non-deterministic automaton of $k$ states which accepts $x$ while rejecting every other word of the same length as $x$, and no automaton of fewer states has this property. Importantly, and in contrast to the classical notion, the witnessing automaton may have multiple paths of computation accepting $x$. We denote this measure of complexity by $A_{Ne}$, and study a class of languages of low $A_{Ne}$-complexity defined as $L_q = \{ \, x \in \Sigma^* : A_{Ne}(x) < q|x| \, \}$, which is parameterised by rationals $q \in (0,1/2)$ (generalising a class of sets first studied by Kjos-Hanssen). We show that for every $q \in (0,1/2)$, this class is neither context-free nor recognisable by certain Boolean circuits. In the process, we answer an open question of Kjos-Hanssen quantifying the complexity of $L_{1/3}$ in terms of Boolean circuits, and also prove the Shannon effect for $A_{Ne}$.
评论: 22页,1图
主题: 形式语言与自动机理论 (cs.FL) ; 逻辑 (math.LO)
MSC 类: 68Q45 (Primary) 03D05, 68Q30, 68Q06 (Secondary)
ACM 类: F.4.2; F.4.3
引用方式: arXiv:2510.07696 [cs.FL]
  (或者 arXiv:2510.07696v1 [cs.FL] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.07696
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Linus Richter [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 10 月 9 日 02:34:45 UTC (28 KB)
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