涉及非理性数字的语言不是CFL


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我正在一本教科书中进行艰苦的练习,但我不知道该如何进行。这是问题所在。假设我们的语言为其中是一些无理数。我如何证明不是上下文无关的语言?大号= { 一个b ĴĴ γ 0 Ĵ 1 } L={aibj:ijγ,i0,j1}γ γ大号L

在是理性的情况下,构造接受该语言的语法非常容易。但是因为不合理,所以我真的不知道该怎么办。看起来没有任何抽水式引理可以在这里工作。也许Parikh的定理在这里适用,因为从直觉上看,这种语言没有伴随的半线性Parikh图像。γ γγγ

此练习摘自第4章练习25的Jeffrey Shallit撰写的“形式语言和自动机理论第二门课程”。

我将非常感谢您的帮助或朝着正确的方向前进。谢谢!


您是否尝试过应用帕里克定理?
Yuval Filmus19年

为什么不直接表明它不是半线性的呢?使用定义。
Yuval Filmus

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赶紧做我的作业!谢谢。CS 462/662 正式语言和解析, 2019年冬季,第9 册,练习3。应于2019
Hendrik

@HendrikJan我是杰弗里·萨利特(Jeffrey Shallit)的教科书“形式语言与自动机理论第二门课程”的自学者。这是第4章fyi的练习25。在任务分配到期之前是否可以隐藏该帖子?

感谢您尝试做的事情和您的良好意愿,但是请不要通过隐藏问题来编辑问题(即使几天),也不要破坏它。谢谢。附注:谢谢您将问题归因于您!
DW

Answers:


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根据帕里克定理,如果是上下文无关的,则集合将是半线性的,也就是说,它将是有限个集合的并集。形式,对于某些。大号L中号= { b γ b } M={(a,b):aγb}小号= Ü 0 + Ñ Ü 1 + + Ñ ù S=u0+Nu1++Nuù = 一个b ui=(ai,bi)

显然,并且此外的每个,因为否则为足够大。因此(因为是有理数的)。这意味着中的每个满足。ü 0中号u0MÜ 中号uiM> 0 i>0ü 0 + Ñ Ü 中号u0+NuiMÑ N小号:= 最大值一个0 / b 0... 一个/ b < γ g(S):=max(a0/b0,,a/b)<γ小号g(S)b 小号(a,b)S一个/ b 小号a/bg(S)

现在假设是并集,并定义。前述表明,联合中的每个都满足,并且由于。中号M小号1 ... 小号S(1),,S(m)= 最大值小号1 ... 小号< γ g=max(g(S(1)),,g(S(m)))<γb (a,b)一个/ b < γ a/bg<γSUP { 一个/ b b 中号} = γsup{a/b:(a,b)M}=γ


当是有理数时,证明失败,并且实际上是半线性的: 实际上,通过构造,右边的任何一对满足(因为)。相反,假设。当和,从减去。最终(因为表示γ γ中号M{ b 小号 b}=小号- 1 一个=0小号一个+Ñ小号+Ñ01

{(a,b):astb}=a=0s1(a,tsa)+N(s,t)+N(0,1).
b(a,b)一个小号t bastbs=ss=stt一个小号 bastb一个小号asbbt小号(s,t)b(a,b)一个<小号a<sb<b<t一个小号 b<小号astb<s)。由于,所以必然。因此,我们可以从减去直到达到。一个小号 bastbbš一个btsa01(0,1)b(a,b)Š一个(a,tsa)


好答案。只是澄清一下,“每个满足 ” 的逻辑是,否则,如果存在,那么我们可以构建的使得与所需的一样大,因此比?b 小号一个/ b 小号b > 小号X ÿ 小号X / ÿ γ(a,b)Sa/bg(S)(a,b)>g(S)(x,y)Sx/yγ

不,这直接来自的定义。您的论点解释了为什么。g S g S < γg(S)g(S)<γ
Yuval Filmus19年

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该答案中除以外的所有变量都代表一个正整数。众所周知,给定一个非理性,存在一系列有理数使得更靠近比其他任何有理数小于其分母小于。γ γγ > 0 γ>0一个1b 1 <a2b 2 <a3b 3 <<γa1b1<a2b2<a3b3<<γ一个b aibi γγγγbbi


事实证明,抽奖引理确实有效!

出于矛盾的考虑,令为作为上下文无关语言的抽运长度。令,这个词是但“几乎没有”。注意。考虑 ,其中且对于所有。p p大号L小号= 一个p b b ps=aapbbp大号L| s | > b pp |s|>bpp小号= û v 瓦特X ÿ s=uvwxy| v X | > 1个|vx|>1小号Ñ = û v Ñ瓦特X Ñ ý 大号sn=uvnwxnyLÑ 0n0

令和分别为中 s和 s 的数目。t a tat btb a ab bv xvx

  • 如果或,对于足够大的数目的比率 s到那个的以s将大于,即。t b = 0 tb=0t ab >γtatb>γÑn一个abb小号Ñsnγγ小号Ñ大号snL
  • 否则,。由于,。因此, 由于, 表示。Ť b <γtatb<γb<bptb<bpt b <apb ptatb<apbp aptab pt b >apbpaptabptb>apbpbptb<bpbptb<bpaptabptb>γ,aptabptb>γ,s0Ls0L

上面的矛盾表明不能与上下文无关。LL


这是两个相关的简单练习。

练习1.显示不是上下文无关的,其中是一个无理数。Lγ={aiγ:iN}Lγ={aiγ:iN}γγ

练习2。证明是上下文无关的,其中是有理数。Lγ={aibj:ijγ,i0,j0}Lγ={aibj:ijγ,i0,j0}γγ


在回答这个属性可以简单地通过选择所有有理数即证明接近比所有有理数是小于列表中的所有前面的数字增加分母的顺序,并为同分母,以递增的顺序。γγγ
John L.

通常的构造是取连续分数的收敛值。
Yuval Filmus19年

@YuvalFilmus是的,我同意。另一方面,几乎单行的证明更加简单易用。(我上一条消息中的“升序”应该是“降序”。)
John
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