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P2 A Simple and Optimal Complementation Algorithm for Büchi Automata

一种简单且最优的 Büchi 自动机求补算法
LICS Proceedings of the 33rd Annual ACM/IEEE Symposium on Logic in Computer Science2018匹配度 2/10 · 该论文属于自动机理论与形式化方法中的 Büchi 自动机求补算法,与用户核心关注的 PL/AI 交叉、静态分析、Agentic 程序、浮点/贝叶斯程序分析均无直接关联;仅在形式化验证底层理论上存在非常间接的联系,且不涉及 LLM 或工程落地。引用 16 inbox
Joel D. Allred, Ulrich Ultes-Nitsche
crossref: 2026-09-12

AI 速览

一句话:提出一种直接在状态子集上运行、结构简单的确定性 Büchi 自动机求补算法,并证明其达到最优上界。

Büchi 自动机通常是非确定性的,其求补问题复杂,最坏情况下状态空间增长下界 O((0.76n)^n) 不可回避。已有实验表明结构简单的求补算法平均表现更好。本文提出一种简单算法:直接操作状态子集,并将其组织为类似 slice 的状态集元组,最终构造确定性自动机;随后施加与确定性 Büchi 自动机直接求补相似的补集过程,后者成为该构造的特例。作者证明该构造最优,即具有 O((0.76n)^n) 上界,并以新颖方式精确计算 0.76 因子。

问题
Büchi 自动机一般为非确定性,求补会导致不可回避的最坏情况状态空间指数增长;如何设计结构简单且达到最优最坏复杂度的求补算法是核心问题。
方法
算法直接作用于状态子集,将状态集组织为类似 slice 的状态集元组并构造确定性自动机,再套用类似确定性 Büchi 自动机直接求补的过程;该直接过程是本文构造的特例。
评估
通过理论证明给出 O((0.76n)^n) 的最优上界,并精确计算 0.76 因子;摘要也提到实验观察表明结构简单的求补算法平均表现更好。
原文摘要(Abstract)

Complementation of Büchi automata is complex as Büchi automata in general are nondeterministic. A worst-case state-space growth of O((0.76n)n) cannot be avoided. Experiments suggest that complementation algorithms perform better on average when they are structurally simple. We present a simple algorithm for complementing Büchi automata, operating directly on subsets of states, structured into state-set tuples (similar to slices), and producing a deterministic automaton. Then a complementation procedure is applied that resembles the straightforward complementation algorithm for deterministic Büchi automata, the latter algorithm actually being a special case of our construction. Finally, we prove our construction to be optimal, i.e. having an upper bound in O((0.76n)n), and furthermore calculate the 0.76 factor in a novel exact way.

链接与引用

DOI 原文 ·

BibTeX
@inproceedings{paperbot4370,
  title = {A Simple and Optimal Complementation Algorithm for Büchi Automata},
  author = {Joel D. Allred and Ulrich Ultes-Nitsche},
  booktitle = {LICS},
  year = {2018},
  doi = {10.1145/3209108.3209138}
}