“也就是说,每个可由非确定性 $O(s(n))$ 空间判定的语言,都可由确定性 $O(s(n)^2)$ 空间判定。常见函数 $\log n,n,n^k$ 都满足可构造性;该假设让模拟机在所给空…”
形式陈述 ​
对函数
“判定”要求
空间可构造性不是 DSPACE 记号本身的必要条件。空间层级定理或让机器显式执行空间时钟时,才通常假设
直觉
确定性机器在给定输入上只有一条配置轨迹。空间界限制每个配置需要多少位,却不限制同一工作格可被重写多少次,因此一条小空间轨迹可以很长。若判定机再次到达完全相同的状态、输入头位置、工作头位置和带内容,之后的确定性演化会永久重复;总停机要求排除了这种回环。
与非确定性空间类相比,DSPACE 不需要在多个后继中寻找接受路径。两者都按单条轨迹的工作空间峰值计费,但确定性配置图的每个节点至多有一个后继。
例子与边界
用对数空间判定回文 ​
输入
对 0110,机器依次核对外层 0100,第二对字符
配置数给出的时间上界 ​
固定长度为
当
递归栈和保存的迭代状态都属于工作空间;只有经过尾调用消除或显式复用后,才能从分析中删去。允许读回输出同样会提供额外存储,因此不属于这里的标准模型。
推论与应用
DSPACE 对补封闭:确定性判定机交换接受与拒绝即可。它也对并与交封闭,因为可顺序运行两个判定器并复用工作带,总空间取两者较大者加低阶控制信息。
典型缩写包括
空间层级定理在可构造预算下证明更多空间确实能判定更多语言;Savitch 定理则比较本页与非确定空间的能力。任何
参考资料
- Sanjeev Arora and Boaz Barak, Computational Complexity: A Modern Approach, Cambridge University Press, 2009, §4.1.
- Michael Sipser, Introduction to the Theory of Computation, 3rd ed., Cengage, 2013, §8.1.