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P2 On the locality of arb-invariant first-order formulas with modulo counting quantifiers

论带模计数量词的 arb-invariant 一阶公式的局部性
LMCS vol.Volume 12, Issue 42017匹配度 1/10 · 论文属于有限模型论与描述复杂度,研究 arb-invariant FO+MOD_p 的局部性及其与布尔电路的联系,与用户关注的静态分析、LLM/Agent、浮点程序分析和贝叶斯程序分析均无直接交集。引用 3 inbox
Frederik Harwath, Nicole Schweikardt
dblp: 2026-09-10crossref: 2026-09-10arxiv: 2026-09-10

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一句话:刻画 arb-invariant FO+MOD_p 的 Gaifman 与 Hanf 局部性,并给出正负结果及其与布尔电路的联系。

本文研究带模 p 计数量词的一阶逻辑 FO+MOD_p 在任意数值谓词下的 Gaifman 局部性与 Hanf 局部性。作者要求公式的有效性不依赖于数值谓词的具体解释,称此类公式为 arb-invariant 公式。论文给出 arb-invariant FO+MOD_p 局部性与非局部性的完整图景:在所有有限结构上,对任意 p >= 2,该逻辑既不是 Hanf 局部也不是 Gaifman 局部(相对于亚线性局部半径);但当 p 为奇素数幂时,它具有多对数局部半径的弱 Gaifman 局部性。在字符串结构上,对奇素数幂 p,该逻辑同时具有多对数局部半径的 Hanf 局部性与 Gaifman 局部性。负结果基于 Niemistö 博士论文中 order-invariant FO+MOD_p 公式的例子,正结果则利用 FO+MOD_p 与由 NOT 门及任意扇入 AND、OR、MOD_p 门构成的布尔电路之间的紧密联系。

问题
研究 arb-invariant FO+MOD_p 是否具有 Gaifman 或 Hanf 局部性,即在公式有效性不依赖数值谓词解释的前提下,其语义能否由局部邻域决定。
方法
利用已有的 order-invariant FO+MOD_p 公式反例构造非局部性结果,并通过 FO+MOD_p 与 NOT、任意扇入 AND/OR/MOD_p 门电路之间的紧密联系建立正局部性结果。
评估
在全体有限结构与字符串结构两类结构上,按亚线性或多对数的局部半径分析 Hanf 局部性、Gaifman 局部性及弱 Gaifman 局部性,未涉及经验评估。
原文摘要(Abstract)

We study Gaifman locality and Hanf locality of an extension of first-order logic with modulo p counting quantifiers (FO+MOD_p, for short) with arbitrary numerical predicates. We require that the validity of formulas is independent of the particular interpretation of the numerical predicates and refer to such formulas as arb-invariant formulas. This paper gives a detailed picture of locality and non-locality properties of arb-invariant FO+MOD_p. For example, on the class of all finite structures, for any p >= 2, arb-invariant FO+MOD_p is neither Hanf nor Gaifman local with respect to a sublinear locality radius. However, in case that p is an odd prime power, it is weakly Gaifman local with a polylogarithmic locality radius. And when restricting attention to the class of string structures, for odd prime powers p, arb-invariant FO+MOD_p is both Hanf and Gaifman local with a polylogarithmic locality radius. Our negative results build on examples of order-invariant FO+MOD_p formulas presented in Niemist\"o's PhD thesis. Our positive results make use of the close connection between FO+MOD_p and Boolean circuits built from NOT-gates and AND-, OR-, and MOD_p- gates of arbitrary fan-in.

链接与引用

DOI 原文 · arXiv · PDF(开放获取) · DBLP

BibTeX
@article{HarwathS16,
  title = {On the locality of arb-invariant first-order formulas with modulo counting quantifiers},
  author = {Frederik Harwath and Nicole Schweikardt},
  journal = {Logical Methods in Computer Science},
  volume = {Volume 12, Issue 4},
  year = {2017},
  doi = {10.2168/lmcs-12(4:8)2016}
}