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P2 Decision Questions for Probabilistic Automata on Small Alphabets

小字母表上概率自动机的判定问题
LMCS vol.Volume 19, Issue 42023匹配度 1/10 · 该论文研究概率自动机的空性与λ-可达性复杂度,属于自动机与形式语言理论,与用户关注的可用于ML/Agentic程序的静态分析、LLM改进静态分析/形式化验证、浮点程序分析或贝叶斯程序分析均无直接关联。仅在“形式化方法/概率模型”层面有非常微弱的联系。引用 1 inbox
Paul C. Bell, Pavel Semukhin
crossref: 2026-09-10

AI 速览

一句话:按歧义度与字母表大小刻画一元/二元概率自动机空性和λ-可达性的复杂度。

本文研究一元和二元概率有限自动机(PFA)的空性与 λ-可达性问题,并按其歧义度及字母表大小刻画复杂度。主要结果表明:对于多项式歧义的一元 PFA,空性与 λ-可达性可在 EXPTIME 内求解;若转移矩阵为二元矩阵,则二者属于 NP。与指数歧义一元 PFA 的 Skolem 困难性形成对比,作者证明即使对有限歧义的一元 PFA,这两个问题也是 NP 难的。对于具有固定且可交换转移矩阵的二元多项式歧义 PFA,论文进一步证明 λ-可达性(维数 9)、非严格空性(维数 37)和严格空性(维数 40)的 NP 困难性。

问题
针对一元和二元概率有限自动机,研究空性与 λ-可达性判定问题,并分析歧义度和字母表大小对问题复杂度的影响。
方法
通过复杂度理论与归约分析,结合自动机的歧义度、转移矩阵的二元性以及固定且可交换等性质进行刻画。
评估
以理论复杂度结果和 NP 困难性证明进行评估,给出 EXPTIME、NP 成员性以及不同维数下的 NP 困难性边界。
原文摘要(Abstract)

We study the emptiness and $\lambda$-reachability problems for unary and binary Probabilistic Finite Automata (PFA) and characterise the complexity of these problems in terms of the degree of ambiguity of the automaton and the size of its alphabet. Our main result is that emptiness and $\lambda$-reachability are solvable in EXPTIME for polynomially ambiguous unary PFA and if, in addition, the transition matrix is binary, we show they are in NP. In contrast to the Skolem-hardness of the $\lambda$-reachability and emptiness problems for exponentially ambiguous unary PFA, we show that these problems are NP-hard even for finitely ambiguous unary PFA. For binary polynomially ambiguous PFA with fixed and commuting transition matrices, we prove NP-hardness of the $\lambda$-reachability (dimension 9), nonstrict emptiness (dimension 37) and strict emptiness (dimension 40) problems.

链接与引用

DOI 原文 · PDF(开放获取) ·

BibTeX
@article{paperbot2158,
  title = {Decision Questions for Probabilistic Automata on Small Alphabets},
  author = {Paul C. Bell and Pavel Semukhin},
  journal = {Logical Methods in Computer Science},
  volume = {Volume 19, Issue 4},
  year = {2023},
  doi = {10.46298/lmcs-19(4:36)2023}
}