“LAR不是猜测“最后一次坏事已经过去”。它确定地更新最近顺序,让无限次命中的最深位置在运行极限中提供证据。额外记忆正是集合条件转换为奇偶条件所付出的代价。”
形式陈述
奇偶自动机保留有限自动机的有限控制图,但输入是一条无限字母序列。设
Q与字母表Σ有限,δ(q,a)⊆Q,Q₀为初态集。输入
有限Q保证每条无限运行至少有一个状态无限出现,所以最小值有定义。死路上的有限运行不接受;不存在后继不意味着它满足某个空的奇偶条件。
非确定自动机接受w,要求存在一条接受运行。确定完整自动机则只有一个初态,且每个(q,a)恰有一个后继,每个字对应唯一无限运行。这两种模式的量词不能混用。
直觉
较小的优先级有更强的长期裁决权,但必须无限出现才有资格裁决。一次访问优先级0不会永久赦免后面永不兑现的义务;同样,有限次访问优先级1也不必导致拒绝。
两优先级已经包含熟悉的特例。对Büchi接受集F,给F优先级0、其他状态1,便要求F无限出现。若希望坏状态B最终不再出现,则给B优先级1、其余状态2:坏状态无限出现时1胜出,只有有限次时最终由2接受。
多个优先级允许交叠的“除非更强事件反复发生,否则仍应满足下一层”条件。它不是把所有偶数状态简单并成一个Büchi集合;奇数与偶数的相对次序参与语义。
例子与边界
三优先级的完整小自动机
令Σ={a,b,c},状态qₐ、qᵦ、q𝚌分别表示刚读过哪一个字母,初态qᵦ。无论当前在哪,读a转qₐ,读b转qᵦ,读c转q𝚌。优先级为
它接受的性质是:“a无限出现,或者最终永远只有b。”若a无限出现,0决定接受;若a仅有限出现,就需要c也仅有限出现,才能让2成为长期最小值。
| 输入 | 无限出现的状态优先级 | 最小值 | 结论 |
|---|---|---|---|
| 0 | 接受 | ||
| 1 | 拒绝 | ||
| 2 | 接受 | ||
| 1 | 拒绝 |
状态数有限不表示完整输入最终周期;这里只挑最终周期字,让判定能用一个有限周期核算。
min-even与max-even的翻译
一些文献检查无限出现的最大优先级。不能直接拿同一组数字换“min”为“max”:循环{1,2}在min-even下拒绝,在max-even下接受。
若想等价变换,选一个不小于全部旧优先级的偶数D,令
运行取补不总是语言取补
对确定完整自动机,把每个优先级加1,唯一运行的最小无限优先级奇偶翻转,得到语言补集。完整性重要:原机若在某个字上无运行,加1以后仍无运行,就不会接受这个本应在补集里的字。
非确定模式下,加1只交换每条运行的接受与拒绝。原来是“存在接受运行”,补集应是“所有运行都拒绝”;改号后却变成“存在原来的拒绝运行”。一个字同时有一条好运行和一条坏运行时,两台非确定自动机都可能接受它。
推论与应用
确定与非确定奇偶自动机都能表示全部ω-正则语言,但转换可能增加状态。能够确定地跟踪输入,是后续控制器综合把环境选择与机器状态对应起来的重要接口,不意味着每个非确定Büchi图直接重新染色就能完成确定化。
奇偶条件只由Inf状态集决定。Rabin/Streett条件把长期要求组织成集合对,Muller条件直接列允许的Inf集合;它们的表达能力和实际状态/接受条件大小需要分别比较。
给定最终周期输入
参考资料
- Udi Boker, Word-Automata Translation,§§1.1–1.5:无限运行、接受条件、表达能力与表示大小
- Sebastian Muskalla, Games with Perfect Information,§6:奇偶条件及有限前缀无关;原讲义采用max-even,本单元显式转换为min-even