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P2 The Identity Problem in the special affine group of $\mathbb{Z}^2$

Z^2 的特殊仿射群中的 Identity Problem
LMCS vol.Volume 21, Issue 22025匹配度 1/10 · 该论文研究 Z^2 特殊仿射群中有限生成子半群的 Identity Problem 与 Group Problem 的可判定性和 NP-完全性,属于纯代数/自动机理论,与用户关注的静态分析、Agentic/LLM 程序分析、浮点程序分析、贝叶斯程序分析等方向没有直接关联。引用 0 inbox
Ruiwen Dong
crossref: 2026-09-10

AI 速览

一句话:证明 Z^2 特殊仿射群中有限生成子半群的 Identity Problem 与 Group Problem 均可判定且 NP-完全。

本文研究特殊仿射群 SA(2,Z)=Z^2 ⋊ SL(2,Z) 中有限生成子半群的算法问题,即 Choffrut 与 Karhumäki 提出的 Identity Problem(半群是否包含单位元)和 Group Problem(半群是否为群)。作者针对这两个判定问题给出可判定性证明,并进一步确定其复杂度均为 NP-完全。由于 SL(2,Z) ≤ SA(2,Z) ≤ SL(3,Z),该结果推广了 Bell、Hirvensalo 与 Potapov 关于 SL(2,Z) 中两问题 NP-完全性的结论,同时为 SL(3,Z) 中的公开问题提供了进展。

问题
研究 SA(2,Z) 中有限生成子半群的 Identity Problem 与 Group Problem 两个判定问题的可判定性与复杂度。
方法
对 SA(2,Z) 的子半群进行半群与群论算法分析,并给出可判定性与 NP-完全性证明。
评估
评估方式是理论证明与复杂度分析,而非实验;结果显示两问题可判定且 NP-完全,并推广 SL(2,Z) 的已知结果。
原文摘要(Abstract)

We consider semigroup algorithmic problems in the Special Affine group $\mathsf{SA}(2, \mathbb{Z}) = \mathbb{Z}^2 \rtimes \mathsf{SL}(2, \mathbb{Z})$, which is the group of affine transformations of the lattice $\mathbb{Z}^2$ that preserve orientation. Our paper focuses on two decision problems introduced by Choffrut and Karhum\"{a}ki (2005): the Identity Problem (does a semigroup contain a neutral element?) and the Group Problem (is a semigroup a group?) for finitely generated sub-semigroups of $\mathsf{SA}(2, \mathbb{Z})$. We show that both problems are decidable and NP-complete. Since $\mathsf{SL}(2, \mathbb{Z}) \leq \mathsf{SA}(2, \mathbb{Z}) \leq \mathsf{SL}(3, \mathbb{Z})$, our result extends that of Bell, Hirvensalo and Potapov (2017) on the NP-completeness of both problems in $\mathsf{SL}(2, \mathbb{Z})$, and contributes a first step towards the open problems in $\mathsf{SL}(3, \mathbb{Z})$.

链接与引用

DOI 原文 · arXiv · PDF(开放获取) · DBLP

BibTeX
@article{Dong25,
  title = {The Identity Problem in the special affine group of $\mathbb{Z}^2$},
  author = {Ruiwen Dong},
  journal = {Logical Methods in Computer Science},
  volume = {Volume 21, Issue 2},
  year = {2025},
  doi = {10.46298/lmcs-21(2:21)2025}
}