無理数を含む言語はCFLではありません


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教科書でハードなエクササイズをしているのですが、どうすればいいのか分かりません。ここに問題があります。我々は言語があるとL={aibj:i≤jγ,i≥0,j≥1}γいくつかの無理数です。Lが文脈自由言語ではないことをどのように証明しますか?

γが合理的である場合、その言語を受け入れる文法を構築するのはかなり簡単です。しかし、γは不合理なので、どうすればいいかわかりません。ここでは、ポンピングレンマが機能するようには見えません。おそらく、この言語には半線形のパリキイメージが付属していないように直感的に見えるため、パリキの定理はここで機能します。

この演習は、第4章の演習25、Jeffrey Shallitによる「形式言語とオートマトン理論の第2コース」からのものです。

私は本当にどんな助け、または正しい方向への微調整に感謝します。ありがとうございました!


パリフの定理を適用してみましたか?
— Yuval Filmus

それが直接半線形ではないことを示してみませんか?定義を使用します。
— Yuval Filmus

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宿題に間に合うように!ありがとう。CS 462/662 形式的な言語と解析 2019年冬、問題セット9、演習3. 2019
— Hendrik Jan

@HendrikJan私はジェフリー・シャリットの教科書「形式言語とオートマトン理論の第2コース」から自習しています。第4章fyiの練習問題25です。割り当てが完了するまで、この投稿を非表示にすることはできますか?

あなたが何をしようとしているか、あなたの善意に感謝しますが、質問を編集して(数日間であっても)非表示にして質問を破棄しないでください。ありがとうございました。PS問題の原因をクレジットしていただきありがとうございます!
— DW

回答:


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場合パリークの定理によれば、L文脈自由し、次いで集合はM={(a,b):a≤γb}であるsemilinearであろう、それはフォームの有限個の集合の和集合であろうS=u0+Nu1+⋯+Nuℓ、一部のui=(ai,bi)。

明らかにu0∈M、しかもui∈Mそれぞれについて、i>0、そうでないu0+Nui∉M十分な大きさのためにN。したがって、g(S):=max(a0/b0,…,aℓ/bℓ)<γので(g(S)合理的です)。この手段は、そのすべての(a,b)∈Sを満たすa/b≤g(S)。

ここで、MがS(1),…,S(m)の和集合であるとし、g=max(g(S(1)),…,g(S(m)))<γを定義します。上記番組毎にその(a,b)組合満たすに/ B ≤ G < γa/b≤g<γ、我々は以来、矛盾を得るsup{a/b:(a,b)∈M}=γ。


場合γ合理的であり、証明に失敗し、そして実際M semilinearある:

{(a,b):a≤stb}=⋃a=0s−1(a,⌈tsa⌉)+N(s,t)+N(0,1).
実際、構成によって、任意のペア(a,b)右側に満たすa≤stb(s=stt)。逆に、その仮定a≤stb。ながら≥S及びB≥tは、減算(S、T)から(、Bを)。最終的には<S(以降B<Tが意味A≤秒a≥sb≥t(s,t)(a,b)a<sb<ta≤stb<s)。以来≤sのa≤stb必ずしも、b≥⌈tsa⌉。したがって我々は、引くことができる(0,1)から(a,b)我々が到達するまで(a,⌈tsa⌉)。


いい答え。ただ、明確化、背後にあるロジックは、 "すべてのを満たすA / bの≤ グラム(S ) "があったそうでない場合ということである(、B )> G (S )、その後、我々は構築できます(X 、Y )∈ Sように、X / Yが望んでいた、従ってよりも大きいように大きいようであり、γ?(a,b)∈Sa/b≤g(S)(a,b)>g(S)(x,y)∈Sx/yγ

いいえ、これは定義に直接従います。あなたの議論は、なぜg (S )< γかを説明します。g(S)g(S)<γ
— Yuval Filmus

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この回答のγを除くすべての変数は、正の整数を表します。非合理的なγ>0が与えられると、有理数のシーケンスa 1があることはよく知られています。a1b1<a2b2<a3b3<⋯<γよう私aibiに近いあるγよりも小さい任意の他の有理数よりγその分母未満であるbi。


ポンピング補題が機能することがわかりました!

矛盾を避けるために、p文脈自由言語としてのLのポンピング長とする。してみましょうs=aapbbp、ある単語Lが、 "ほとんどの"。なお|s|>bp≥p。考えてみましょう s=uvwxyどこ、|vx|>1およびsn=uvnwxny∈Lすべてのためn≥0。

ましょうtaとtb数であり、S及びBにおけるS V xはそれぞれ。abvx

  • もしtb=0またはtatb>γ、のためのn十分な大きさ、数の比とSBにおけるSSnがより大きくなるγすなわち、sはN∉L。absnγsn∉L
  • そうでなければ、tatb<γ。以降tb<bp、tatb<apbp。したがって、 ap−tabp−tb>apbp のでbp−tb<bp、P-TAap−tabp−tb>γ, それは言うs0∉L。

上記の矛盾は、Lが文脈自由ではないことを示しています。


次に、2つの関連する簡単な演習を示します。

運動1.示すことLγ={a⌊iγ⌋:i∈N}文脈自由でないγ無理数です。

運動2.示すことLγ={aibj:i≤jγ,i≥0,j≥0}文脈自由であるγ有理数です。


答えの特性は、分母の増加順に、同じ分母の場合、分母の増加順に、γより小さいすべての有理数のリストで、以前のすべての数よりも近いすべての有理数を選択することで簡単に証明できます。注文。γγ
— John L.

通常の構成は、継続する部分の収束をとることです。
— Yuval Filmus

@YuvalFilmusはい、同意します。一方、そのほぼ1行の証明は、はるかに単純でアクセス可能です。(最後のメッセージの「昇順」は「降順」である必要があります。)
— John L.
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