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The State Complexity of Lexicographically Smallest Words and Computing Successors
arXiv - CS - Formal Languages and Automata Theory Pub Date : 2020-03-18 , DOI: arxiv-2003.08249 Lukas Fleischer and Jeffrey Shallit
arXiv - CS - Formal Languages and Automata Theory Pub Date : 2020-03-18 , DOI: arxiv-2003.08249 Lukas Fleischer and Jeffrey Shallit
Given a regular language L over an ordered alphabet $\Sigma$, the set of
lexicographically smallest (resp., largest) words of each length is itself
regular. Moreover, there exists an unambiguous finite-state transducer that, on
a given word w, outputs the length-lexicographically smallest word larger than
w (henceforth called the L-successor of w). In both cases, naive constructions
result in an exponential blowup in the number of states. We prove that if L is
recognized by a DFA with n states, then $2^{\Theta(\sqrt{n \log n})}$ states
are sufficient for a DFA to recognize the subset S(L) of L composed of its
lexicographically smallest words. We give a matching lower bound that holds
even if S(L) is represented as an NFA. We then show that the same upper and
lower bounds hold for an unambiguous finite-state transducer that computes
L-successors.
中文翻译:
字典序最小词和计算后继词的状态复杂度
给定有序字母表 $\Sigma$ 上的正则语言 L,每个长度的字典序最小(或最大)单词集本身是正则的。此外,存在一个明确的有限状态转换器,它在给定的单词 w 上输出字典序长度上最小的大于 w 的单词(以下称为 w 的 L-successor)。在这两种情况下,朴素的构造都会导致状态数量呈指数级增长。我们证明,如果 L 被具有 n 个状态的 DFA 识别,那么 $2^{\Theta(\sqrt{n \log n})}$ 状态足以让 DFA 识别 L 的子集 S(L) 由其字典序最小的词。我们给出了一个匹配的下界,即使 S(L) 表示为 NFA。然后,我们证明了相同的上限和下限适用于计算 L 后继的明确有限状态传感器。
更新日期:2020-03-19
中文翻译:
字典序最小词和计算后继词的状态复杂度
给定有序字母表 $\Sigma$ 上的正则语言 L,每个长度的字典序最小(或最大)单词集本身是正则的。此外,存在一个明确的有限状态转换器,它在给定的单词 w 上输出字典序长度上最小的大于 w 的单词(以下称为 w 的 L-successor)。在这两种情况下,朴素的构造都会导致状态数量呈指数级增长。我们证明,如果 L 被具有 n 个状态的 DFA 识别,那么 $2^{\Theta(\sqrt{n \log n})}$ 状态足以让 DFA 识别 L 的子集 S(L) 由其字典序最小的词。我们给出了一个匹配的下界,即使 S(L) 表示为 NFA。然后,我们证明了相同的上限和下限适用于计算 L 后继的明确有限状态传感器。