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!

    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Ольга Б. кандидат наук, доцент
    4.8 (373 отзыва)
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских... Читать все
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских диссертаций, дипломных и курсовых работ. Слежу за новинками в медицине.
    #Кандидатские #Магистерские
    566 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Родион М. БГУ, выпускник
    4.6 (71 отзыв)
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    #Кандидатские #Магистерские
    108 Выполненных работ
    AleksandrAvdiev Южный федеральный университет, 2010, преподаватель, канд...
    4.1 (20 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    28 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ

    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