The Roles of Advice to One-Tape Linear-Time Turing Machines and Finite Automata
我们讨论的权力和限制的各种“建议”,特别是弱计算模型的一个磁带线性时间图灵机和单向有限(状态)自动机。在各种建议类型中,我们考虑确定性选择的建议(不一定是算法确定的)和随机选择的建议(根据某些概率分布)。特别是,我们表明,某些薄弱的机器可以显着提高计算能力时,提供随机化的建议,而不是确定性的意见。
2010-07-18 cs.CC cs.FL
Turing-equivalent automata using a fixed-size quantum memory
本文介绍了一个新的量子交互证明系统和第一个量子交替图灵机:qAM证明系统和qATM。两者都是从它们的经典对应物(亚瑟-梅林证明系统和交替图灵机,分别),通过增加一个固定大小的量子寄存器。我们把重点放在空间有界计算上,得到了以下令人惊讶的结果:它们在常空间下都是图灵等价的。更具体地说,我们表明,任何图灵可识别的语言,存在一个恒定空间的弱qAM系统,(非成员不需要被拒绝的概率很高),我们表明,任何图灵可识别的语言可以识别一个恒定空间的qATM,即使是单向输入头。对于强证明系统,非成员必须以高概率被拒绝,我们表明,已知的空间有界的经典私有协议也可以模拟我们的公共qAM系统具有相同的空间界。此外,我们还介绍了qATM的一个强版本:在每一条计算路径上都必须停止的qATM,并证明了强qATM(类似于私有ATM)能够以指数级更小的空间模拟确定性空间。这导致了确定性空间层次结构的一级精确移动。主要结果背后的方法是巧妙地使用其固定大小的量子寄存器的新公共协议。有趣的是,在某些情况下,这个公共协议的量子部分不能被任何空间有界的经典协议模拟。
2012-05-24 cs.CC quant-ph
On the Power of Quantum Queue Automata in Real-time
利用量子图灵机和量子有限态自动机的定义,提出了经典排队自动机的量子模拟。然而,配备有堆栈存储介质的量子自动机已经被考虑,但量子队列自动机的概念迄今尚未引入。经典的图灵机可以用经典的排队自动机来模拟。受量子图灵机的效率和经典队列自动机的性质的启发,我们引入了量子队列自动机的概念。我们的贡献如下。我们还介绍了实时确定性队列自动机的一种推广,即实时量子队列自动机,它实时工作,即输入头只能向正确的方向移动,并且每个输入符号只需要一步。我们已经证明,实时量子队列自动机是更优越的,通过使用量子跃迁比它的实时经典变种。我们证明了实时量子队列自动机能识别而实时确定(可逆)队列自动机不能识别的语言的存在性。此外,我们已经证明,有一种语言,可以识别的实时量子队列自动机,但不能由实时非确定性队列自动机。
2018-10-29 cs.CC cs.FL quant-ph
The complexity of small universal Turing machines: a survey
我们调查了一些工作有关的小型通用图灵机,元胞自动机,标记系统,和其他简单的计算模型。例如,一段时间以来,关于Minsky、Rogozhin、Baiocchi和Kudlek的最小已知通用图灵机是否是图灵机的有效(多项式时间)模拟器,一直是一个悬而未决的问题。这些是一些最直观简单的计算设备,以前最知名的模拟是指数级缓慢的。我们讨论最近的工作表明,这些机器确实是有效的模拟器。另外,另一个相关的结果表明,规则110,一个著名的基本细胞自动机,是有效的通用。我们还讨论了一些旧的和新的通用程序大小的结果,包括已知的最小的通用图灵机。我们完成了调查的结果,一般和限制图灵机模型,包括机器上的磁带上的周期性背景(而不是一个空白的符号),多个磁带,多个维度,和机器,从来没有写他们的磁带。然后,我们讨论了未来工作的一些想法。
2011-10-10 cs.CC
Theory of One Tape Linear Time Turing Machines
单带(单头)线性时间图灵机理论与多项式时间图灵机理论有本质的不同,因为这些机器与有限状态自动机密切相关。本文讨论了各种类型的单带图灵机的结构复杂性问题(确定性,非确定性,可逆,交替,概率,计数和量子图灵机),停止在线性时间,其中机器的运行时间被定义为任何最长计算路径的长度。我们探讨了单带线性-计算图灵机的时间,并阐明机器的资源如何影响它们的计算模式和能力。
2009-07-17 cs.CC
Small Turing universal signal machines
本文旨在提供尽可能小的信号机,能够执行任何计算(在经典的理解)。在介绍了信号机的基础上,介绍了如何从图灵机、元胞自动机和循环标记系统中得到通用的信号机。最后给出了一个具有13个元信号和21个碰撞规则的停机通用信号机。
2009-06-17 cs.CC cs.FL
Automata Equipped with Auxiliary Data Structures and Regular Realizability Problems
我们考虑一般的计算模型:单向和双向有限自动机,对数空间图灵机,都配备了一个辅助数据结构(ADS)。ADS的定义基于ADS工作协议的语言。我们描述了连接的自动机为基础的模型与“气球自动机”,这是另一个一般的形式化的自动机配备了ADS Hopcroft和Ullman在1967年提出的。这个定义建立了ADS单向自动机的非空性问题、可由配备相同ADS的非确定性对数空间图灵机识别的语言和ADS协议语言的正则可实现性问题(NRR)之间的联系。NRR问题是验证输入上的正则语言是否与协议语言有非空交集。这些问题(和语言)的计算复杂性与对数空间约简是相同的。
2022-10-08 cs.CC cs.FL
Lifting query complexity to time-space complexity for two-way finite automata
本文通过通信复杂度将查询复杂度分离提升为双向有限自动机的时间-空间复杂度分离,并首次证明精确量子有限自动机在时间-空间复杂度上优于经典概率有限自动机。
2023-11-30 cs.CC
Complexity-Theoretic Aspects of Expanding Cellular Automata
扩展元胞自动机(XCA)的元胞自动机的变种进行了研究,并从复杂性理论的观点。XCA是一种一维元胞自动机,可以在现有元胞之间动态创建新的元胞。相应的多项式时间复杂度类示出符合${\le_{tt}^p}(\mathsf{NP})$,即,一类决策问题多项式时间真值表可还原的问题,在$\mathsf{NP}$。一个替代的表征的基础上的一个变种的非确定性图灵机。此外,推论选择XCA的变种被证明:XCA与多个接受和拒绝状态被证明是多项式时间相当于原来的XCA模型。最后,XCA的替代接受条件被认为是和分类方面的${\le_{tt}^p}(\mathsf{NP})$和图灵机多项式时间类$\mathsf{P}$。
2021-02-04 cs.CC cs.FL math.DS
Resolution of The Linear-Bounded Automata Question
Hakka University(客家大学)
本文通过通用非确定性图灵机对角化结合新技术,证明空间可构造函数下DSPACE严格包含于NSPACE,解决了线性有界自动机问题及L与NL、P的包含关系等多个复杂度理论公开问题。
2026-10-01 cs.CC cs.FL
On Exponential-Time Completeness of the Circularity Problem for Attribute Grammars
属性文法是定义程序设计语言语义的一种形式化技术。已有的关于代数循环性问题的复杂性证明都是基于自动机理论的,如写下推接受器和交替图灵机。他们将上述自动机的接受问题,即指数时间(EXPTIME)完全的问题,简化为AG循环问题。因此,这些证明表明循环问题是EXPTIME困难的,至少和EXPTIME中最困难的问题一样困难。然而,没有人给出了一个证明的EXPTIME-完全的问题。本文首先提出了一种求解圆问题的交替式图灵机。交替图灵机需要多项式空间。因此,循环性问题是EXPTIME中的,并且是EXPTIME完全的。
2000-10-10 cs.CC cs.PL
A reliable Turing machine
我们考虑一个受噪声干扰的图灵机的计算。在每一步中,动作(观察到的细胞的新状态和新内容,头部运动的方向)可以以很小的概率(独立于先前的此类事件)不同于转移函数所规定的动作。我们构造了一个通用的1-tape图灵机,对于足够低的(恒定)噪声概率执行任意大的计算。为此,需要对输入进行编码--根据其大小使用简单的代码。这项工作使用了可靠的元胞自动机熟悉的技术,并辅以一些新的技术。
2021-12-03 cs.CC math.PR
Unconventional complexity classes in unconventional computing (extended abstract)
本文探讨非常规计算模型中逃脱P/PSPACE二分法的变体,刻画以带预言机图灵机定义的中间复杂度类,并分析其原因。
2024-05-27 cs.CC
Structural Complexity of Multi-Valued Partial Functions Computed by Nondeterministic Pushdown Automata
本文继续对CFL函数的结构性质进行了系统和全面的研究,CFL函数通常是由配备只写输出带(或下推转换器)的单向单头非确定下推自动机计算的多值部分函数,其中CFL指与上下文无关语言的相关性。CFL函数的行为往往与其相应的上下文无关语言完全不同。我们广泛地讨论了包含,分离,并通过应用布尔运算,功能组合,多-一相对化,图灵相对化从CFL功能得到的各种类别的功能之间的细化。特别是,图灵相对化有助于构建CFL函数类的层次结构。我们还分析了优化函数的计算复杂性,即寻找CFL函数的最优值,并讨论了它们与相关语言的关系。
2015-08-24 cs.CC cs.FL
Infinite Time Cellular Automata: A Real Computation Model
定义了一种新的超限时间计算模型--无限时间元胞自动机。该模型被证明是强大的比无限时间图灵机,无论是在有限和无限的输入,从而继承了它的许多属性。然后,我们展示了如何模拟规范的真正的计算模型,BSS机,无限时间元胞自动机在正确的ω步骤。
2010-12-03 cs.CC cs.LO nlin.CG
Interference Automata
我们提出了一个计算模型,双向光学干涉自动机(2 OIA),利用光学干涉现象。我们引入这个模型来研究增加的权力,在语言识别方面,一个经典的确定性有限自动机(DFA)时,赋予光干涉的设施。这个问题是在双向有限自动机与量子和经典状态(2 QCFA)的精神[A。Ambainis和J. Watrous,Two-way Finite Automata With Quantum and Classical States,Theoretical计算机科学,287(1),299-311,(2002)],其中经典DFA用恒定大小的量子分量扩充。我们测试了2 OIA对上述论文中提到的语言的能力。我们给出了有效的2 OIA算法来识别语言的2 QCFA机器已被证明存在,以及语言的地位相对于2 QCFA已被提出作为开放的问题。最后,我们证明了一种语言的存在,不能识别的2 OIA,但可以识别的$O(n^3)$空间图灵机。
2007-01-22 cs.CC
Weighted Automata and Logics Meet Computational Complexity
本文综述加权自动机理论与计算复杂性理论间的隐含联系,提出加权复杂性类的系统研究方法,证明有限生成半环下加权命题逻辑可满足性问题的NP[S]完全性,并引入对应P类的FP[S]函数类并探讨二者关系。
2024-08-17 cs.CC cs.FL
An algorithm to simulate alternating Turing machine in signal machine
几何计算作为一种新的计算模型,与具有图灵计算能力的元胞自动机相对应。本文提出了一种在信号机环境下模拟交替图灵机的算法,该算法根据信号机的特点,采用建立和管理交替图灵机的副本/分支的技术。我们证明了我们的算法可以模拟信号机中的交替图灵机,其功能与经典的图灵机族相同。该算法的时间复杂度与普通模拟图灵机一样是线性的。取决于计算树,空间复杂度是d的指数级,其中d是计算树的深度。
2017-08-30 cs.CC cs.CG cs.DS
Wolfram's Classification and Computation in Cellular Automata Classes III and IV
我们对Wolfram的分类进行了简要的调查,特别是与Wolfram的III类和IV类中的元胞自动机(CA)的计算能力有关。我们制定和阐明的问题,第三类系统是否能够图灵普适性或可能会变成“太热”在实践中被控制和编程。我们证明了第三类系统确实能够计算,并且没有理由相信它们在原则上不能达到图灵完备性。
2012-08-29 cs.CC cs.IT math.DS
Unbounded-error quantum computation with small space bounds
我们证明了以下事实的语言识别能力的量子图灵机(QTM)在无界错误设置:QTM是严格更强大的概率图灵机的任何公共空间界$ s $满足$ s(n)=o(\log \log n) $。对于“单向”图灵机,输入磁头不允许向左移动,上述结果适用于$s(n)=o(\log n) $。我们还给出了一类语言识别无界错误的实时量子有限自动机(QFAs)与限制测量的特征。事实证明,这些自动机与它们的概率对应物在功率上是相等的,并且当QFA模型被增强以允许一般测量和混合状态时,这一事实不会改变。与经典有限自动机的情况不同,当QFA磁带头在某些步骤中保持静止时,更多的语言变得可识别。我们定义并使用了一个QTM模型,该模型概括了先前在量子空间复杂度研究中引入的其他变体。
2011-02-10 cs.CC quant-ph
Quantum Pushdown Automata
量子有限自动机和量子下推自动机(QPA)是由C.摩尔和J. P.克拉奇菲尔德。本文利用Kondacs和Watrous的量子有限自动机的定义,以一种非等价的方式引入了QPA的概念,包括么正性准则。证明了QPA的么正性判据与量子图灵机的么正性判据不等价。我们证明了QPA可以识别每一种常规语言。最后,我们给出了一些可以被QPA识别、但不能被确定性下推自动机识别的简单语言。
2001-02-09 cs.CC cs.FL quant-ph
Dual-Tape Perspective and Generator Independence: The Algebraic Foundation of Real Boolean Turing Machines
College of Cyber Science and Engineering, Wuhan University(武汉大学计算机学院);College of Computer Science, South-Central Minzu University(中南民族大学计算机科学学院);Information Technology Department, China Development Bank(中国开发银行信息技术部)
本文通过将抽象生成器具体化为代数数√2,提出实布尔图灵机并引入双轨视角,将磁带分为实磁带和虚磁带,证明生成器独立定理,揭示非确定性本质为引入不可公度元素。
2026-03-27 cs.CC
Phase Space Invertible Asynchronous Cellular Automata
虽然对于同步确定性细胞自动机有一个公认的可逆性定义,但异步细胞自动机的情况不太清楚。我们首先讨论了几种可能性,然后研究我们称之为相空间可逆异步细胞自动机更详细。我们将证明,对于每一个图灵机,都有这样一个元胞自动机来模拟它,并且即使在更高的维度上,异步元胞自动机是否具有这种性质也是可判定的。
2012-08-14 cs.CC cs.DM cs.FL
From Finite-Valued Nondeterministic Transducers to Deterministic Two-Tape Automata
P是否等于NP的问题围绕着主动生产和仅仅由图灵机验证之间的差异。在本文中,我们研究有限换能器和自动机的类似问题。每个非确定性有限转换器都定义了一个二元关系,将每个输入字与转换器可以在给定输入上成功产生的所有输出字相关联。双值转换器是那些在输出单词的数量上存在有限上限的转换器,该关系与每个输入单词相关联。我们的特点有限值,功能,和明确的不确定性换能器的关系可以通过一个确定性的两个磁带自动机验证,展示如何构建这样的自动机,如果存在的,并证明该标准的不可判定性。
2021-04-30 cs.CC cs.FL
Turing Patterns with Turing Machines: Emergence and Low-level Structure Formation
尽管先进的反应扩散模型的常微分方程在他1952年的论文形态,反映了他的兴趣,数学生物学,艾伦图灵从来没有被认为是接近定义的细胞自动机。然而,他的治疗形态,特别是一个困难,他确定有关的不均匀分布的某些形式的结果对称性破缺,是关键连接他的理论与他的普遍计算理论的生物模式形成。建立这样的联系并不能克服图灵所关注的特殊困难,而这个困难在生物学中已经得到了解决。但这里开发的方法抓住了图灵最初的关注点,并通过算法概率的概念为更一般的问题提供了一个低层次的解决方案,从而连接了他对科学的两个最重要的贡献:图灵模式形成和通用计算。我将提供使用这种方法的一维模式的实验结果,不失一般性的n维模式概括。
2012-10-04 cs.CC nlin.CG nlin.PS
Implications of quantum automata for contextuality
针对有界错误概率有限自动机(PFAs)无法解决的Promise问题,构造了零错误量子有限自动机(QFAs)。这里是一个总结我们的结果:-有一个承诺的问题可以解决的一个确切的双向QFA在指数预期的时间,但不是任何有界误差sublogarithmic空间概率图灵机(PTM)。- 存在一个承诺问题,可以通过精确的双向QFA在二次期望时间内求解,但不能通过任何有界误差的$ o(\log \log n) $空间PTM在多项式期望时间内求解。同样的问题也可以通过带量子头的单向Las Vegas(或精确双向)QFA在线性(期望)时间内求解。- 有一个Promise问题可以由Las Vegas实时QFA解决,但不能由任何有界误差的实时PFA解决。同样的问题可以用线性期望时间内的精确双向QFA求解,但不能用任何精确双向PFA求解。- 有一个家庭的承诺问题,使每个承诺问题可以解决的两个状态的精确实时QFA,但是,没有这样的约束上的状态数的实时有界误差PFAs解决这个家庭的成员。我们的结果表明,存在零错误的量子计算设备的\emph{single qubit}的存储器,不能模拟任何有限的存储器的经典计算模型。这提供了一个计算的角度来看,关于量子力学的本体论理论\cite{Hardy04},\cite{Montina08}的结果。因此,我们发现基于经典自动机的模拟模型\cite{Kleinmann11},\…
2014-04-10 cs.CC cs.FL quant-ph
Unary languages recognized by two-way one-counter automata
具有一个计数器的双向确定性有限状态自动机(2D1CA)是一个基本的计算模型,自60年代以来,人们在许多不同的方面对其进行了研究,但我们对它在一元语言中的能力知之甚少。据我们所知,2D 1 CA识别的唯一已知的一元非正则语言是那些由具有指数长度的字符串形成的语言,其中指数形成了一些平凡的一元正则语言。在本文中,我们提出了这些语言的一些非平凡子集。利用输入头作为第二计数器,我们给出了具有线性有界计数器的双向确定有限自动机和线性空间图灵机的模拟。我们还展示了如何一个固定大小的量子寄存器可以帮助简化这些语言。最后,我们比较了一元2D1CA与两个计数器的机器,并提供了一些见解,其计算能力的限制。
2014-07-08 cs.CC cs.FL
Inkdots as advice for finite automata
本文研究墨点作为有限自动机的建议,建立与现有模型的关系,证明语言类别无限层次,展示随机墨点在概率自动机上的优势,并指出辅助存储可使微小空间变得有用。
2017-09-16 cs.CC cs.FL
Constant Bit-size Transformers Are Turing Complete
Shenzhen International Center For Industrial And Applied Mathematics(深圳国际工业与应用数学中心);Shenzhen Research Institute of Big Data(深圳大数据研究院);CRRC Zhuzhou Institute(CRRC 长沙研究所);Tengen Intelligence Institute(腾格智能研究院)
本文通过用 transformer 模拟带队列的 Post 机,证明常数比特大小 transformer 在足够长上下文下具有图灵完备性,并用 SPACE$[s(n)]$ 精确刻画其表达能力。
2025-09-28 cs.CC cs.LG
New Results on the Minimum Amount of Useful Space
我们提出了几个新的结果,最小的空间要求,以识别非正规语言:(i)实时非确定图灵机可以在弱$\log\log n$空间内识别非正则一元语言,(ii)$\log\log n$是弱实时下推自动机上接受一般非正则语言的紧空间下界,(iii)在弱$\log n$空间中存在被实时交替单计数器自动机接受的一元非正则语言,(iv)在强$\log\log n$空间中,存在双向确定下推自动机可接受的非正则语言;(v)在具有中间$\log n$空间和有界误差的量子态和经典态下,存在双向单计数器自动机可接受的一元非正则语言.
2015-08-04 cs.CC cs.FL quant-ph
Energy Complexity of Regular Languages
每一步都会导致一位信息被计算设备“遗忘”,这就有了内在的能量成本。尽管任何图灵机都可以被重写为逻辑可逆的而不改变所识别的语言,但有限自动机被限制为以“实时”方式扫描其输入一次,只能以这种可逆方式识别正则语言类的真子集的成员。我们研究了与确定性和量子有限自动机的计算相关的能量消耗。我们证明了零错误量子有限自动机在识别不同正则语言过程中任何步骤所关联的最大强制热力学成本方面与经典确定性自动机相比没有优势。我们还展示了“错误可以交换能量”的语言,即其零错误识别与计算步骤相关联,与实时有限内存量子设备的有界错误识别相比,该计算步骤具有可证明的更大的强制性能量成本。我们证明了正则语言可以根据作为输入长度的函数的识别自动机的内在能量要求进行分类,并证明了上界和下界。
2023-02-07 cs.CC
Four heads are better than three
构造了具有有界挠率且其字问题与给定的递归可枚举集合取等价(特别是正的和图灵等价的)的递归表示有限生成挠群.这些群可以被解释为有限状态机的群或拓扑完全群的子群,在其他扭群上的有效子移位上。我们定义了一组自然数的递归理论属性,称为不可预测性。它粗略地说,一个图灵机可以枚举数字,使得每一个图灵机偶尔错误地猜测(通过停止或不停止)它们是否在集合中,即使给定一个集合前缀的预言。我们证明了不可预测递归可预测集的存在。结合这些构造并稍微修改[Salo and Törmä,2017]的结果,我们得到四头群行走有限状态自动机可以在包含整数副本的群上定义比三头自动机严格更多的子移位,证实了[Salo and Törmä,2017]的猜想。这是第一个四个人头比三个人头好的群体的例子,它们表明有限人头等级的最大高度确实是四。
2022-03-02 cs.CC cs.FL math.DS
Algorithmic Problem Complexity
人们解决不同的问题,并知道其中有些是简单的,有些是复杂的,有些是无法解决的。这项工作的主要目标是发展一个数学理论的算法复杂性的问题。该理论旨在确定计算机解决不同问题的能力,并估计计算机需要做的资源。在这里,我们建立了这个理论的一部分,与算法的静态措施。首先,我们考虑有限字的问题,并研究这类问题的算法复杂性,建立最佳的复杂性措施。然后,我们考虑的问题,这样的无限对象的功能和研究这些问题的算法复杂性,并建立最佳的复杂性措施。在第二部分的工作,算法问题的复杂性,如停机问题的图灵机,是衡量类的自动机是必要的,以解决这个问题。为了根据问题的复杂性对不同的问题进行分类,使用了归纳图灵机,它扩展了图灵机的可能性。归纳图灵机的层次结构生成算法问题的归纳层次结构。在这里,我们特别考虑与图灵机和归纳图灵机相关的算法问题,并在算法问题的归纳层次中找到这些问题的位置。
2008-07-04 cs.CC cs.IT math.IT
Conjugacy of reversible cellular automata and one-head machines
我们证明了可逆细胞自动机的共轭是不可判定的,无论是由另一个可逆细胞自动机或一般同胚进行共轭。这就产生了一个新的家庭的有限生成群与不可判定的共轭问题,其描述可以说不涉及任何类型的计算。对于许多子移位的自同构群,以及康托尔集的异步变换群和同胚群,我们的结果意味着存在两个元素使得每个包含这两个元素的有限生成子群具有不可判定的共轭问题.我们说这些群的共轭最终是局部不可判定的。我们还证明了Brin-Thompson群$2V$和可逆图灵机群具有不可判定的共轭性问题,并证明了每个全移位的自同构群和拓扑完全群的字问题最终是局部co-NP-完全的.
2022-04-01 cs.CC math.DS math.GR
Oracle Pushdown Automata, Nondeterministic Reducibilities, and the CFL Hierarchy over the Family of Context-Free Languages
为了扩展上下文无关语言的基本理论,我们在不确定的单向下推自动机中加入了额外的预言机机制,从而自然地在形式语言中引入了各种不确定的可约性。作为NP-约简的一个自然限制,我们引入了多-一CFL约简的概念,并为进一步的论述制定了一个连贯的框架。两个更强大的约简-有界真值表和图灵CFL-约简-也进行了比较讨论。特别是图灵CFL-约简,帮助我们引入了一个精致的层次结构,称为CFL层次结构,建立在上下文无关语言的CFL家族之上。对于这个层次结构的每一个层次,其基本的结构性质证明和三个可供选择的特征。NC(2)中不包括第二水平,除非NP= NC(2)。层次结构的第一级和第二级是不同的。层次结构的其余部分(更强烈地说,在层次结构的每一层上建立的布尔层次结构)也是无限的,除非NP上的多项式层次结构崩溃。这是根据使用对数空间多-一归约的CFL层次结构的第k+1级上的布尔层次结构的多项式层次结构的第k级上的布尔层次结构的表征得出的。类似地,复杂度类Theta(k)与在对数空间真值表归约下CFL层级的第k层的闭合有关。我们还认为,CFL的层次结构与CFL的层次结构相吻合的应用程序的许多一个CFL减少。我们表明,BPCFL-有界错误概率版本的CFL-不包括在CFL中,即使在存在的意见。采用一个已知的电路下界和开关引理,我们表现出一个相对化的世界,BPCFL是不是位于CFL层次的第二层。
2015-05-23 cs.CC cs.FL
Freezing, Bounded-Change and Convergent Cellular Automata
本文从计算的角度研究了三类元胞自动机:冻结元胞自动机,其中一个元胞的状态只能按照某种状态顺序减少;元胞自动机,其中每个元胞在任何轨道上只进行有限数量的状态变化;在文献中研究的许多例子都符合这些定义,特别是S。60年代的乌拉姆。这里解决的中心问题是如何的计算能力和计算硬度的基本属性的收敛,有界的变化,或在每个细胞的状态的局部减少的约束的影响。通过研究各种基准问题(短期预测,长期可达性,限制),并考虑各种复杂性措施和规模(LOGSPACE与PTIME,通信复杂性,图灵可计算性和算术层次),我们给出了一个丰富而细致的答案:这种细胞自动机的整体计算复杂性取决于类考虑(上述三个),尺寸,和精确的问题研究。特别是,我们表明,所有的设置可以实现普遍性的意义上的Blondel-Delvenne-Krka,虽然短期的可预测性不同,从NLOGSPACE到P-完成。此外,从可计算的初始配置开始的极限配置的可计算性将有界变化与收敛的元胞自动机在~1维上分开,但也将冻结的元胞自动机的~1维与更高维分开。另一个令人惊讶的维数敏感的结果是,幂零性成为可判定的维度~ 1的所有三个类,而它仍然是不可判定的,即使在更高的维度冻结细胞自动机。
2022-01-26 cs.CC cs.DM nlin.CG
Classical and quantum computation with small space bounds (PhD thesis)
在这篇论文中,我们介绍了一个新的量子图灵机(QTM)模型,它支持一般的量子算子,连同它的下推,计数器,和有限自动机的变种,并检查在许多不同的情况下,使用小空间边界的经典和量子机器的计算能力。主要贡献概述如下。首先,我们考虑在无界误差环境下的QTM:(i)在亚对数空间边界的某些情况下,QTM识别的语言类严格大于经典的语言类;(ii)在常数空间边界,同样的结果仍然可以得到限制的QTM;(iii)给出了完整的特征的实时常数空间非确定性QTM识别的语言类。其次,我们考虑了在有界误差下的常数空间有界QTM:(i)我们引入了一种新的量子概率有限自动机(分别为QFA和PFA),带有一个特殊的双向输入头,该输入头不允许静止或向左移动,但具有将自身复位到其起始位置的能力;(ii)这种类型的量子机器的计算能力被证明优于概率机器;(iii)基于这些模型,双向PFAs和双向经典头QFA比双向非确定有限自动机及其单向变体更简洁;(iv)引入了带后选择的PFAs和QFAs及其有界错误语言类,并给出了它们的一些特征。第三,增加了一个只写存储器的实时QFA的计算能力进行了研究,显示了许多不同种类的计数器自动机的模拟结果。最后,一些下界的实时经典图灵机,以识别一个非正规语言被证明是紧的。
2011-02-02 cs.CC quant-ph
Magic coins are useful for small-space quantum machines
虽然多项式时间概率图灵机可以利用不可计算的转移概率来识别无数种语言,但当允许使用对数空间时,这些语言具有有限的错误,众所周知,这种“魔法硬币”不会为这些机器的恒定空间版本提供额外的计算能力。我们表明,在模型中添加几个量子比特会显着改变图像。对于每一种语言$L$,都存在这样一种双向量子有限自动机,它能在多项式时间内识别与$L$图灵度相同的语言,且误差有界。当用作公共硬币交互式证明系统中的验证器时,这种自动机可以验证所有语言的成员资格,并具有有界误差,优于经典的对应物,后者已知对palinarian语言失败。
2014-11-27 cs.CC cs.FL quant-ph
Rational-Valued Affine Verifiers in Arthur--Merlin Proof Systems
Zhejiang University(浙江大学)
本文研究了在限制仿射转移矩阵具有有理数条目的情况下,单向和双向仿射自动机作为Arthur-Merlin证明系统的验证器,展示了其在验证非正则语言和所有可识别语言中的优势。
2026-05-01 cs.CC cs.FL
On the Kolmogorov-Chaitin Complexity for short sequences
Kolmogorov-Chaitin复杂度(K)作为从s到产生s的最短程序的函数的缺点是它的不可计算性,这限制了它的适用范围。此外,当字符串很短时,K对特定通用图灵机U的依赖性可以是任意的。在实践中,可以通过可计算的压缩方法来近似它。但是,这种压缩方法并不总是提供有意义的近似值--例如,对于比典型编译器长度更短的字符串。在本文中,我们提出了一个经验的方法来克服这个困难,并获得一个稳定的定义短序列的Kolmogorov-Chaitin复杂性。此外,分布频率方面的相关性被发现在两个模型的抽象机器,即一维元胞自动机和确定性图灵机的输出。
2010-12-17 cs.CC cs.IT math.IT
Upper bounds for Newton's method on monotone polynomial systems, and P-time model checking of probabilistic one-counter automata
各类无穷状态递归概率系统分析和模型检验的中心计算问题(包括拟生灭过程、多类型分支过程、随机上下文无关文法、概率下推自动机和递归马尔可夫链)是{ \em终止概率}的计算,并且计算这些概率又归结为计算对应的{ \em单调多项式系统}(MPS)的方程的{ \em最小不动点}(LFP)解,表示为x=P(x)。Etessami和Yannakakis证明了牛顿方法的分解变体对于任何具有非负解的MPS单调收敛于LFP解。随后,Esparza,Kiefer和Luttenberger得到了牛顿方法对某些类型MPS的收敛速度的上界。最近,更好的上限已获得特殊类的MPS。然而,在本文之前,对于任意(不一定是强连接的)MPS,牛顿方法的收敛速度作为输入MPS的编码大小|P|的函数,x=P(x),根本没有上界。在本文中,我们提供了最坏情况下的上界,作为输入编码大小|P|和Σ> 0的函数,对于具有LFP解q^* 的任何MPS,分解牛顿法(即使有舍入)在q^* 的加性误差Σ> 0内收敛所需的迭代次数。我们的上界基本上是最优的几个重要参数。使用我们的上界,并建立在以前的工作,我们获得了第一个P-时间算法(在标准图灵计算模型)的定量模型检验,在所需的精度,离散时间QBD和(等效)概率1-计数器自动机,相对于任何(固定)ω-正则或LTL属性。
2013-04-26 cs.CC cs.LO
State Complexity Characterizations of Parameterized Degree-Bounded Graph Connectivity, Sub-Linear Space Computation, and the Linear Space Hypothesis
线性空间假设是一个实用的工作假设,它最初陈述了以布尔变量个数为参数的限制性2CNF布尔公式可满足性问题的不可解性。从这个假设,它自然地遵循的度3有向图连通性问题(3DSTCON)参数化的顶点数在一个给定的图不能属于PsubLIN,由所有参数化的决策问题可计算的多项式时间,次线性空间确定性图灵机。这个假设直接意味着L $\neq$ NL,它被用作一个坚实的基础,以获得新的下限的计算复杂性的各种NL搜索和NL优化问题。转换的状态复杂度是指将一种类型的有限自动机转换为另一种类型的有限自动机的成本,其中成本是根据转换后的自动机的内部状态数从原始自动机的内部状态数增加来衡量的。我们与线性空间假设的状态复杂性的限制2路非确定性有限自动机转换为计算等价的2路交替有限自动机具有狭窄的计算图形。为此,我们提出了状态复杂性的3DSTCON和PsubLIN的特征。我们进一步刻画了一个非均匀版本的线性空间假设的状态复杂性的转换。
2019-08-22 cs.CC cs.FL
One Tile to Rule Them All: Simulating Any Turing Machine, Tile Assembly System, or Tiling System with a Single Puzzle Piece
在本文中,我们探讨的权力瓷砖自组装模型,扩展了研究抽象瓷砖组装模型(aTAM),允许瓷砖的形状超出单位正方形。我们的主要结果表明,令人惊讶的事实,任何aTAM系统,包括许多不同的瓷砖类型,可以模拟一个单一的瓷砖类型的一般形状。因此,我们得到了一个单一的通用瓦片类型的一个单一的(恒定大小)的形状,作为一个“通用瓦片机”:单一的通用瓦片类型可以模拟任何所需的aTAM系统时,给定一个单一的种子组装,编码所需的aTAM系统。我们还展示了如何适应这一结果转换成一个“近”平面瓷砖系统与一个单一的瓷砖(但瓷砖之间的小间隙)的各种平面瓷砖系统(如王瓷砖)。所有这些结果都依赖于旋转和平移瓷砖的能力;相比之下,我们表明,一个单一的不可旋转的瓷砖,任意形状,可以产生组件,要么无限增长或根本不能增长,这意味着大大有限的计算能力。在积极的一面,我们展示了如何模拟任意的细胞自动机有限的步骤,使用一个单一的不可旋转的瓷砖和线性大小的种子大会。
2012-12-19 cs.CC cs.CG cs.DS
Subexponential-Time Quantum Advantage beyond Double-Logarithmic Space
Boğaziçi University(博阿齐希大学)
研究提出细粒度量子优势超越双对数空间,展示无限族函数及其对应的量子优势陈述。
2026-08-11 cs.CC
Decidability and Universality in Symbolic Dynamical Systems
自图灵的工作以来,各种类型的动力系统的计算普适性的许多不同定义已经蓬勃发展。我们提出了一个普遍性的一般定义,适用于任意离散时间符号动力系统。系统的普适性定义为模型检验问题的不可判定性。对于图灵机、计数器机和标记系统,我们的定义与经典的定义一致。然而,它产生了一个新的定义细胞自动机和subshifts。我们的定义是强大的初始条件,这是一个理想的物理可实现的功能。我们推导出不可判定性和普适性的必要条件。例如,一个通用系统必须有一个敏感点和一个适当的子系统。我们猜想泛系统有无穷多个子系统。我们还讨论了论文,根据该计算应该发生在“混沌的边缘”,我们展示了一个普遍的混沌系统。
2005-07-08 cs.CC cs.LO
Constant-Space Quantum Interactive Proofs Against Multiple Provers
我们提出了多证明者量子交互证明系统的双向通信模型的计算复杂度的上界和下界,其验证者被限制为测量多双向量子有限自动机。我们证明了:(i)在预期的多项式时间内运行的多个证明器系统所识别的语言恰好是NEXP中的语言,NEXP是非确定性指数时间复杂度类,(ii)如果我们进一步要求验证器是单向量子自动机,那么它们的相关证明系统识别上下文无关语言,但不超过NE中的语言,NE是非确定性线性指数时间复杂度类,而且,(iii)当没有时间限制时,证明系统变得像图灵机一样强大。前两个结果肯定地回答了Nishimura和Yamakami提出的一个开放性问题[J. Comput. System Sci,75,pp.255--269,2009],多证明者量子交互证明系统是否比单证明者更强大。我们的证明是简单和直观的,虽然他们严重依赖于早期的结果多证明交互式证明系统的Feige和Shamir [J。系统科学,44,pp.259--271,1992]。
2014-05-27 cs.CC quant-ph
One-counter verifiers for decidable languages
Condon和Lipton(FOCS 1989)证明了具有空间有界交互式证明系统(IPS)的语言类是可判定语言的真子集,其中验证者是概率图灵机。在本文中,我们表明,如果我们使用架构限制验证,而不是限制工作内存,即取代工作磁带(S)与一个单一的计数器,我们可以定义一些IPS的每一个可判定的语言。这种验证器被称为双向概率单计数器自动机(2 pca's)。然后,我们表明,通过添加一个固定大小的量子存储器的2 pca,称为双向单计数器自动机与量子和经典状态(2 qcca),该协议可以是空间有效的。进一步的结果是,如果2 qcca可以使用量子计数器而不是经典计数器,那么该协议甚至可以是公开的,也称为亚瑟-梅林博弈。我们还研究了2 pca和2 qcca作为语言识别器的计算能力。我们表明,有界误差2 pca的可以更强大的比他们的确定性同行给出一个有界误差模拟他们的非确定性同行。然后,我们提出了一个新的编程技术,有界错误的2 qcca的,并表明他们可以识别的语言,似乎不能识别任何有界错误的2 pca。我们也得到了一些有趣的结果,有界错误的1-卵石量子有限自动机基于这种新的技术。最后,我们证明了Ravikumar(FSTTCS 1992)关于1-pebble概率有限自动机的一个猜想,即它们可以识别某些具有有界误差的非随机语言。
2012-07-17 cs.CC cs.FL quant-ph