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P2 Positive First-order Logic on Words and Graphs

词与图上的正一阶逻辑
LMCS vol.Volume 19, Issue 32023匹配度 1/10 · 论文研究有限词与图上的正一阶逻辑 FO+ 的表达力、Lyndon 保持定理失效及正则语言 FO+ 可定义性不可判定,属于纯逻辑与自动机理论;与用户关注的静态分析、LLM/Agent、浮点程序分析、贝叶斯程序分析均无直接关联。引用 1 inbox
Denis Kuperberg
crossref: 2026-09-10

AI 速览

一句话:证明正一阶逻辑 FO+ 在有限词与图上表达力受限:Lyndon 保持定理失效,且正则语言的 FO+ 可定义性不可判定。

论文研究 FO+:有限词上的一阶逻辑片段,其中一元谓词只能以肯定形式出现。作者构造了一个在一元谓词上单调、可由 FO 定义却不能在 FO+ 中定义的语言,由此给出 Lyndon 保持定理在有限结构上不成立的简单证明。该反例被提升到有限图,说明即使图类对加边封闭,仍可能需要否定才能用 FO 定义。最后,论文证明判定给定有限词正则语言是否 FO+ 可定义是不可判定的。这些结果刻画了正性与有限模型/图封闭性之间的张力,并给出 FO+ 表达力与判定性的边界。

问题
FO+ 在有限词和有限图上的表达力边界是什么?一元谓词正性是否足以保证 Lyndon 保持定理在有限结构上成立?给定正则语言的 FO+ 可定义性能否判定?
方法
通过构造 FO-可定义但非 FO+ 可定义的语言,并将其提升为有限图上的反例;对正则语言 FO+ 可定义性给出不可判定性证明。
评估
理论证明:给出反例语言、图类封闭性结论以及可定义性问题的不可判定性定理,未涉及实现或实验评估。
原文摘要(Abstract)

We study FO+, a fragment of first-order logic on finite words, where monadic predicates can only appear positively. We show that there is an FO-definable language that is monotone in monadic predicates but not definable in FO+. This provides a simple proof that Lyndon's preservation theorem fails on finite structures. We lift this example language to finite graphs, thereby providing a new result of independent interest for FO-definable graph classes: negation might be needed even when the class is closed under addition of edges. We finally show that the problem of whether a given regular language of finite words is definable in FO+ is undecidable.

链接与引用

DOI 原文 · PDF(开放获取) ·

BibTeX
@article{paperbot2203,
  title = {Positive First-order Logic on Words and Graphs},
  author = {Denis Kuperberg},
  journal = {Logical Methods in Computer Science},
  volume = {Volume 19, Issue 3},
  year = {2023},
  doi = {10.46298/lmcs-19(3:7)2023}
}