Алгебраические и аналитические методы для доказательства неоднозначности грамматик

Макаров Владислав Маратович
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Эта работа состоит из двух больших более-менее независимых частей.

Первая часть посвящена GF(2)-грамматикам для ограниченных языков.
Она представляет из себя сильно упрощённую редакцию моей
бакалаврской работы с парой новых результатов. Упрощение достигнуто
за счёт более аккуратного использования алгебраической структуры
изучаемых объектов.

Вторая часть раньше нигде не публиковалась и посвящена
задача эквивалентности для однозначных грамматик. Получен
алгоритм для частного случая, когда симметрическая разность
языков разрежена. Также получен кубический по времени
алгоритм, сравнивающий языки только по строкам длины n
Наконец, предъявлен план, который в идеале может свести
задачу к известной гипотезе в теории PI-колец.

1 Introduction 3
2 Bounded languages described by GF(2)-grammars: a simpler retelling 4 2.1 BasicsofGF(2)-grammars………………………… 4
2.2 Subsetsofa∗b∗ ……………………………… 6
2.3 Themainresultforsubsetsofa∗b∗ ……………………. 7
2.4 UsingTheorem1…………………………….. 8
2.5 Subsetsofa∗b∗c∗ …………………………….. 11
2.6 Thelanguage{anbncn|n 0}anditsrelatives……………… 13
2.7 Areconversestatementstrue?………………………. 16
2.8 Conclusion………………………………… 17
3 Why was not the equivalence problem for unambiguous grammars solved back in 1973? 18
3.1 Equivalenceproblemforunambiguousgrammars . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2 Semenov’sapproach …………………………… 19
3.3 Matrixsubstitutionandpolynomialidentities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.4 Whatcanwedowithmatrixsubstitution?………………… 23
4 CYKSZ algorithm and its relatives 25
4.1 Cocke Younger Kasami Schwartz Zippel algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2 Relationstocircuitcomplexity ……………………… 28
4.3 Matrix substitution and noncommutative determinant . . . . . . . . . . . . . . 30
4.4 Canwedothesamewithconjunctivegrammars? . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

GF(2)-grammars, recently introduced by Bakinova et al. [4], and further studied by Makarov and Okhotin [21], are a variant of ordinary context-free grammars, in which the disjunction is replaced by exclusive OR, whereas the classical concatenation is replaced by a new operation called GF(2)-concatenation: K ⊙ L is the set of all strings with an odd number of partitions into a concatenation of a string in K and a string in L.
There are several reasons for studying GF(2)-grammars. Firstly, they are a class of gram- mars with better algebraic properties, compared to ordinary grammars and similar grammar families, because the underlying boolean semiring logic was replaced by a logic of a eld with two elements. As we will see later, that makes GF(2)-grammars lend themselves very well to algebraic manipulations.
Secondly, GF(2)-grammars provide a new way of looking at unambiguous grammars. For example, instead of proving that some language is inherently ambiguous, one can prove that no GF(2)-grammar describes it. While the latter condition is, strictly speaking, stronger, it may turn out to be easier to prove, because GF(2)-grammars have good algebraic properties and are also closed under symmetric di erence, meaning that more tools can be used in the proof.
Finally, GF(2)-grammars generalize the notion of parity nondeterminism to grammars. Re- call that the most common types of nondeterminism that are considered in complexity theory are classical nondeterminism, which corresponds to an existence of an accepting computation, unambiguous nondeterminism, which corresponds to an existence of unique accepting com- putation and parity nondeterminism, which corresponds to number of accepting computations being odd.
Tying to the theme of connections between unambiguous and GF(2)-grammars, classical and parity nondeterminism can be seen as two di erent generalisations of unambiguous non- determinism: if the number of accepting computations is in the set {0, 1}, then it is positive (classical case) if and only if it is odd (parity case); the same is not true for larger numbers, of course.
The main result of the rst part of this thesis is Theorem 6 that establishes a strong neces- sary conditions on subsets of a∗1a∗2 . . . a∗k that are described by GF(2)-grammars. Theorem 5, a special case of Theorem 6, implies that there are no GF(2)-grammars for the languages L1 :={anbmcl |n=morm=l}andL2 :={anbmcl |n̸=morm̸=l}.
As a consequence, both are inherently ambiguous. For L1, all previously known arguments establishing its inherent ambiguity were combinatorial, mainly based on Ogden’s lemma.
Proving the inherent ambiguity of L2 was a long-standing open question due to Autebert et al. [3, p. 375]. There is an interesting detail here: back in 1966, Ginsburg and Ullian fully characterized bounded languages described by unambiguous grammars in terms of semi-linear sets [16, Theorems 5.1 and 6.1]. However, most natural ways to apply this characterization su er from the same limitation: they mainly rely on words that are not in the language and much less on the words that are. Hence, dense languages like L2 leave them with almost nothing to work with. Moreover, L2 has an algebraic generating function, meaning that analytic methods cannot tackle it either. In fact, Flajolet [11], in his seminal work on analytic methods for proving grammar ambiguity, refers to inherent ambiguity of L2 as to a still open question (see page 286).
The close relationship between GF(2)- and unambiguous grammars brings us to the second topic of the thesis: the equivalence problem for unambiguous grammars. It can be stated in the
3
following way: Is there an algorithm that takes two unambiguous grammars and tells whether they generate the same language or not? . It is an important, but di cult open problem in formal language theory. So far, only partial progress has been made. Most famously, it was positively resolved in two special cases: when one of the grammars is regular [24] and when both grammars correspond to a deterministic pushdown automaton [25] (languages recog- nized by DPDA are an important, but small subclass of languages described by unambiguous grammars). Moreover, the proof of the latter result is very long, technical and involved.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 Выполненных работ
    Александра С.
    5 (91 отзыв)
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повы... Читать все
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повышении уникальности текста и оформлении библиографических ссылок по ГОСТу.
    #Кандидатские #Магистерские
    132 Выполненных работы
    Евгений А. доктор, профессор
    5 (154 отзыва)
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.
    #Кандидатские #Магистерские
    260 Выполненных работ
    Анна Александровна Б. Воронежский государственный университет инженерных технол...
    4.8 (30 отзывов)
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.
    #Кандидатские #Магистерские
    66 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Елена Л. РЭУ им. Г. В. Плеханова 2009, Управления и коммерции, пре...
    4.8 (211 отзывов)
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.
    #Кандидатские #Магистерские
    362 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету

    Алгоритмы для динамических диаграмм Вороного
    📅 2021год
    🏢 Санкт-Петербургский государственный университет
    О локальных свойствах решений задач гидродинамики
    📅 2021год
    🏢 Санкт-Петербургский государственный университет
    Структуры комодулей на кольцах Чжоу флаговых многообразий
    📅 2021год
    🏢 Санкт-Петербургский государственный университет
    Полнота биортогональных систем для нескольких интервалов
    📅 2021год
    🏢 Санкт-Петербургский государственный университет
    Задача размещения элементов цепи поставок
    📅 2021год
    🏢 Санкт-Петербургский государственный университет