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有限离散动力系统可达性问题的复杂性。 (英语) Zbl 1119.68095号

序贯动力系统(SDS)是一种特殊类型的有限离散动力系统,可用于模拟仿真系统。我们重点讨论了测试SDS的几个相空间特性的计算复杂性。我们的主要结果是在行为易于预测的SDS类和行为难以预测的SDS类之间进行了清晰的划分。具体来说,我们展示了以下内容。
1.SDS的几个状态可达性问题是PSPACE-完全的,即使局限于其底层图具有有界带宽(因此具有有界路径宽度和树宽度)的SDS,并且与每个节点关联的函数是对称的。此外,即使底层图对于某个常数\(d\)是\(d\)正则的,并且所有节点计算相同的对称布尔函数,这个结果也成立。该结果的直接推论是,对于正则广义1D-细胞自动机和具有布尔总体局部转移函数的无向收缩网络,其可达性问题的复杂性有一个PSPACE硬下界。
2.相反,当与每个节点相关联的布尔函数是对称且单调的时,上述可达性问题对于SDS是可以在多项式时间内求解的。PSPACE完整性结果作为模拟结果的推论,该结果显示了对于几类SDS,一类SDS如何被另一类(更受限制的)SDS有效地模拟。我们还证明了SDS相空间的几个结构性质。SDS与元胞自动机(CA)、并发转换系统、离散Hopfield网络和收缩网络密切相关。这个观察结果与我们的SDS下限相结合,得出了这些模型状态可达性问题复杂性的新PSPACE硬下限,扩展了[K.库利克二世J.Karhumäki,“关于整体收缩网络”,Inf.Process。莱特。26, 231–236 (1988;Zbl 0654.68058号);P.Floréen先生,E.戈尔斯G.魏斯堡,“阈值函数顺序迭代中的瞬态长度”,离散应用。数学。6, 95–98 (1983;Zbl 0506.39004号);P.Floréen先生P.Orponen先生,“离散Hopfield网络中的复杂性问题”,第A-1994-4号研究报告,赫尔辛基大学计算机科学系(1994年);D.哈雷,O.库普夫曼M.Y.瓦尔迪,“关于验证并发转换系统的复杂性”,Inf.Comput。173,第2期,143-161(2002年;Zbl 1009.68082号);S.K.Shukla公司,亨特三世,D.J.罗森克兰茨R.E.Stearns公司,“关于有限状态过程关系问题的复杂性”,Lect。注释计算。科学。1099, 466–477 (1996;Zbl 1046.68627号);A.拉宾诺维奇,“有限代理并发系统等价问题的复杂性”,Inf.Comput。139,第2期,第111-129页(1997年;Zbl 0892.68061号)].

MSC公司:

65年第68季度 算法和问题复杂性分析
37B15号机组 细胞自动机的动力学方面
2017年第68季度 问题的计算难度(下限、完备性、近似难度等)
68问题80 细胞自动机(计算方面)
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