minimizzare le dimensioni dell'espressione regolare per insiemi finiti


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È noto che ridurre al minimo la dimensione di un'espressione regolare è completo per PSPACE anche se abbiamo un DFA come specifica del linguaggio .

Quali sono i risultati se la lingua è finita?

Si può considerare questo problema in due modelli:

  1. L'input è tutte le stringhe nella lingua e misuriamo la dimensione dell'input in base alla somma della lunghezza di tutte le stringhe.
  2. L'input è un DFA e misuriamo la dimensione dell'input in base al numero di stati del DFA.

La stella di Kleene non è utile nel caso finito, quindi solo ,e (concatenazione) sono usati nell'espressione. Naturalmente, la lunghezza di un'espressione regolare sembra arbitraria. Invece, si può dare peso a ciascuna operazione (includere l'aggiunta di parentesi) e chiedere di ridurre al minimo il peso dell'espressione regolare.()|⋅

Modifica: come notato adrianN, è legato ai codici grammaticali. È NP completo per produrre la grammatica libera di contesto di lunghezza minima per descrivere un set finito. Non è chiaro perché la grammatica libera dal contesto di dimensione minima possa implicare molto sull'espressione regolare di dimensione minima. Forse una regola di riscrittura intelligente può mettere in relazione questi due, e dimostrare che nel primo modello, il problema è in NP.


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Questo sembra correlato ai codici grammaticali .
— adrianN,

supponiamo che la dimensione dell'input sia limitata. allora la stella di Kleene potrebbe essere valida. quindi ha senso definire se la dimensione dell'input è (naturalmente) limitata alla stringa più lunga nel linguaggio finito. e anche se la stella di Kleene è ancora esclusa in quel caso. inoltre, come euristico (ovvio?), minimizzare il DFA e costruire un RE da quella è una strategia ... nota anche che i RE (con sostituzione variabile) hanno una struttura simile al DAG e non sono noti molti (forti) thm sulla riduzione al minimo delle strutture simili a DAG .... Le RE senza sostituzione variabile sono simili a tre alberi (formule) e potrebbero essere più facili da lavorare con ....
— vzn

altro angolo. I "derivati" RE introdotti da brzozowski sono noti per essere utili per convertire i RE direttamente in DFA, ad esempio i derivati ​​di espressione regolare riesaminati da Owens, Reppy, Turon. forse c'è un modo per usare la stessa struttura per il problema inverso. comunque, nel complesso, sembra essere un problema aperto ....
— vzn

Risposte:


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Il seguente argomento deriva essenzialmente da ( 1 ): Le versioni decisionali dei due problemi sono contenute nel secondo livello della gerarchia polinomiale (più precisamente: nella classe di complessità ), come segue. Indovina un'espressione regolare di dimensione al massimo k e controlla se è equivalente al dato automa finito deterministico (rispettivamente: alla lingua data come un elenco di parole).Σ2PK

Credo che non siano noti altri risultati riguardo ai tuoi problemi. Per un problema di ottimizzazione dall'aspetto simile, in cui l'obiettivo è trovare un automa finito non deterministico equivalente minimo anziché un'espressione regolare, sono noti i seguenti risultati:

  • Per input descritto come DFA, il problema NFA equivalente minimo è -hard, vedere ( 1 ). Qui, D P sta per "differenza tempo polinomiale"; questa è la classe di complessità "Sigma" al secondo livello della gerarchia booleana .DPDP
  • Per l'input descritto come un elenco di parole, il problema NFA equivalente minimo è -hard, vedere ( 2 ).NP
  • Per input descritti come tabella di verità, il problema NFA equivalente minimo è N P -completo, vedere ( 2 ).L⊆{0,1}mNP

Attenzione: diversamente dall'impostazione di infiniti linguaggi, non vedo una riduzione diretta dal caso di minimizzazione di NFA ai problemi della tua domanda.

Riferimenti:

(1) Hermann Gruber e Markus Holzer. Complessità computazionale della minimizzazione di NFA per lingue finite e unarie . In: 1a Conferenza internazionale sulla teoria e le applicazioni delle lingue e degli automi (LATA 2007), pagg. 261-272, 2007.

(2) Hermann Gruber e Markus Holzer. Inapprossimabilità di stato non deterministico e complessità di transizione assumendo P <> NP . In: 11ª Conferenza internazionale sugli sviluppi della teoria delle lingue (DLT 2007), LNCS 4588, pagg. 205-216, 2007.

L={w}w


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apparentemente privo di una risposta nota esatta o migliore di questa, ecco un riferimento recente / recente alla ricerca in particolare sul tema della riduzione al minimo delle RE (che è un angolo apparentemente non comune):

Minimizing NFA's and Regular Expressions (2005) di Gregor Gramlich, Georg Schnitger

Mostriamo risultati di inapprossimabilità riguardanti la minimizzazione di automi finiti non deterministici (nfa) nonché espressioni regolari relative a nfa, espressioni regolari o automi finiti deterministici (dfa). Mostriamo che è impossibile minimizzare efficacemente una data nfa o un'espressione regolare con n stati, transizioni, resp. simboli all'interno del fattore o (n), a meno che P = PSPACE. I nostri risultati di inapprossimabilità per un dato dfa con n stati si basano su ipotesi crittografiche e mostriamo che qualsiasi algoritmo efficiente avrà un fattore di approssimazione di almeno poli (log n). La nostra configurazione ci consente anche di analizzare il problema dfa coerente minimo.


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Questa domanda è stata posta proprio a causa di questo documento che non affronta ciò che accade quando la lingua è finita.
— Chao Xu,

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bene quindi funge da [rilevante / nec] bkg. ma nota che se l'altra domanda non ha una risposta [pubblicata], di certo non sorprende neanche questa, un angolo quasi variante potrebbe non aiutare molto. inoltre [ mea culpa ] non ha notato che il documento è stato citato da MdB sull'altra domanda.
— vzn
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