DFA用于接受的形式的功率的所有二进制字符串


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我们可以形成DFA接受可以被整除的二进制数n。

例如,接受DFA的二进制数可以被2整除的格式如下:

在此处输入图片说明

类似地,可以将DFA接受可以被3整除的二进制数字,其格式如下: 在此处输入图片说明

我们可以按照定义明确的程序来形成这些类型的DFA。但是,是否可以使用任何明确定义的过程或更准确地说形成DFA接受形式的数字的逻辑?nk

例如,让我们考虑DFA接受格式为所有数字。这个语言是{ 1 ,10 ,100 ,1000 ,。。。},因此有正则表达式10 ∗。我们可以按照以下方式形成DFA: 2k{1,10,100,1000,...}10∗在此处输入图片说明

我尝试为和类似的对象形成DFA ?但未能做到。还是仅仅是它的2 n个二进制等价物的模式使得创建DFA成为可能,而我们不能形成DFA来接受特定n的所有形式为n k的二进制数?3k2nnkn


我认为您在这里

3
@Raphael,不,这是的倍数;这是关于n的幂。nn
— DW

fyi可能还有其他可由DFA计算的“附近”函数,例如幂的除法等。例如,collat​​z函数(涉及3的幂)可以由有限状态转换器等计算
— vzn

Answers:


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这是使用Pumping Lemma的一种快速而肮脏的证明,即由二进制数3 n组成的语言不是规则的(注意:如果用三进制表示,它是规则的,因此表示很重要)。L3n

我将使用Wikipedia文章re Pumping Lemma中的表示法。假设矛盾是是规则的。让w ^ ∈ 大号与任何字符串| w | ≥ p(泵长度)。通过抽引引数,用|写w = x y z y | ≥ 1 ,| x y | ≤ p和对于所有我≥ 0 X ý 我 Ž ∈ 大号。我会写x,yLw∈L|w|≥pw=xyz|y|≥1,|xy|≤pi≥0 xyiz∈Lxy,和也是对应部分的数值,和| x | ,| y | ,| z | 在w中的长度。数值,我们有瓦特= 3 ķ 0对于一些ķ 0 ∈ Ñ。同时,我们在数值上有w = z + 2 | z | y + 2 | z | + | y | X。因此,我们有z|x|,|y|,|z|ww=3k0k0∈Nw=z+2|z|y+2|z|+|y|x

z+2|z|y+2|z|+|y|x=3k0

现在,让我们泵让所有我≥ 0w一世≥0

ž+2|ž|ÿ(∑Ĵ=0一世-1个(2|ÿ|)Ĵ)+2|ž|+一世|ÿ|X=3ķ一世,

其中。简化我们得到我≥ 1ķ0<ķ1个<ķ2<…一世≥1个

ž+2|ž|ÿ(2一世|ÿ|-1个)/(2|ÿ|-1个)+2|ž|+一世|ÿ|X=3ķ一世。

设。那我们有C=ž-2|ž|ÿ/(2|ÿ|-1个)

3ķ一世=2|ž|+一世|ÿ|ÿ/(2|ÿ|-1个)+2|ž|+一世|ÿ|X+C。

现在,观察一下

3k一世-3ķ一世-1个=(2|ÿ|-1个)(3ķ一世-1个-C)。

因此,我们有需要注意的是| 2 | y | − 3 k i − k i − 1 | ≥ 1。因此,一方面,右侧的绝对值至少增长3 kC(2|y|−1)=3ki−1(2|y|−3ki−ki−1).|2|y|−3ki−ki−1|≥1,与i无限大。另一方面,C(2 | y | −1)独立于i且为常数。这产生了矛盾。3ki−1iC(2|y|−1)i


你能解释为何一点点是真的吗?我这么问是因为独自这种不平等可以用来达到一个矛盾: | 2 | y | − 3 k i − k i − 1 | ≥ 1,通过它的两边乘以 3 ķ 我- 1,我们得到 | 3 k i − 1|2|y|−3ki−ki−1|≥1|2|y|−3ki−ki−1|≥13ki−1,从而, | C (2 | y | − 1 )| ≥ 3 ķ 我- 1,这是一个矛盾(通过在证明中提供的原因)。|3ki−1个2|ÿ|-3k一世|≥3ķ一世-1个|C(2|y|−1)|≥3ki−1
— Anton Trunov

1
由于,我们有2 | y | 是偶数,3 k i - k i - 1是奇数。它们的差是奇数,因此绝对值至少为1。|y|≥12|y|3ki−ki−1
— Denis Pankratov

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认为这对于(例如)二进制扩展中的3的幂的语言是不可能的一种方式是通过考虑生成函数L3

,∑k=0∞nkzk

哪里 是长度的字的数目 ķ在大号。已知该函数是有理的,即对于任何正则 L商 p (x )/ q (x )多项式。特别是,数字 Ñ ķ满足线性递推 Ñ ķ + p + 1 = 一个0 Ñ ķ + ⋯ + 一p Ñ ķ + p为一些 p ∈ ÑnkkLp(x)/q(x)Lnknk+p+1=a0nk+⋯+apnk+pp∈N和。a1,…,ap∈Z

在另一方面,由于是在无理数(1 ,2 ),我们得到了Ñ ķ ∈ { 0 ,1 }对于所有ķ,并且序列(Ñ ķ )ķ ≥ 1不是周期性的。这产生了一个矛盾,因为在最多2 p步之后,n k,… ,n k + p的值log2⁡(3)(1,2)nk∈{0,1}k(nk)k≥12pnk,…,nk+p 必须重复,然后复发将导致定期的行为。


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Cobham [2]的(困难)结果提供了对您问题的完整答案。

给定一个记数基地,一组自然数的被说成是b -recognizable如果在碱的表示b其元件形成在字母表一个正则语言{ 0 ,1 ,⋯ ,b - 1 }。因此,如你观察到的,该组的功率的2是2 -recognizable因为它是由常规集表示10 *在字母表{ 0 ,1 }。同样,4的幂的集合是2bbb{0,1,⋯,b−1}2210∗{0,1}42-recognizable -其对应于常规组 -与该组的功率的3是3 -recognizable -其对应于正则集合10 *在字母表{ 0 ,1 ,2 }。1(00)∗3310∗{0,1,2}

如果一组自然数是算术级数的有限并集,则称其最终是周期性的。

如果存在r > 1,则两个底数被认为是乘法相关的,因此b和c都是r的幂:例如8和32是乘法相关的,因为8 = 2 3和8 = 2 5。b,c>1r>1bcr8328=238=25

定理 [Cobham]令和c为两个可乘独立的基。如果集合是b可识别的和c可识别的,则它最终是周期性的。bcbc

特别地,令为3的幂的集合。我们已经看到它是3可识别的。如果它也是2可识别的,则最终将是周期性的,对于S肯定不是这种情况。S332S

Cobham定理导致了许多令人惊讶的概括和发展。如果您有兴趣,我建议您进行问卷调查[1]。

[1] V.Bruyère,G。Hansel,C。Michaux,R。Villemaire,《逻辑和识别的整数集》,《JournéesMontoises》(蒙斯,1992年)。公牛。比利时 数学。Soc。西蒙·史蒂文1(1994),no。2,191--238。更正中 4,577。p

[2] A. Cobham,统一标记序列,数学。系统理论 6(1972),164--192。


您能解决参考问题吗?现在它们都被编号为[1]和[1]。
— 安东·特鲁诺夫
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