Context-free Coalgebras

In this article, we provide a coalgebraic account of parts of the mathematical theory underlying context-free languages. We characterize context-free languages, and power series and streams generalizing or corresponding to the context-free languages, by means of systems of behavioural differential equations; and prove a number of results, some of which are new, and some of which are new proofs of existing theorems, using the techniques of bisimulation and bisimulation up to linear combinations. Furthermore, we establish a link between automatic sequences and these systems of equations, allowing us to, given an automaton generating an automatic sequence, easily construct a system of behavioural differential equations yielding this sequence as a context-free stream

Algebraic dependency grammar

We propose a mathematical formalism called Algebraic Dependency Grammar with applications to formal linguistics and to formal language theory. Regarding formal linguistics we aim to address the problem of grammaticality with special attention to cross-linguistic cases. In the field of formal language theory this formalism provides a new perspective allowing an algebraic classification of languages. Notably our approach suggests the existence of so-called anti-classes of languages associated to certain classes of languages. Our notion of a dependency grammar is as of a definition of a set of well-constructed dependency trees (we call this algebraic governance) and a relation which associates word-orders to dependency trees (we call this algebraic linearization). In relation to algebraic governance, we define a manifold which is a set of dependency trees satisfying an agreement condition throughout a pattern, which is the algebraic form of a collection of syntactic addresses over the dependency tree. A boolean condition on the words formalizes the notion of agreement. In relation to algebraic linearization, first we observe that the notion of projectivity is quintessentially that certain substructures of a dependency tree always form an interval in its linearization. So we have to establish well what is a substructure; we see again that patterns proportion the key, generalizing the notion of projectivity with recursive linearization procedures. Combining the above modules we have the formalism: an algebraic dependency grammar is a manifold together with a linearization. Notice that patterns sustain both manifolds and linearizations. We study their interrelation in terms of a new algebraic classification of classes of languages. We highlight the main contributions of the thesis. Regarding mathematical linguistics, algebraic dependency grammar considers trees and word-order different modules in the architecture, which allows description of languages with varied word-order. Ellipses are permitted; this issue is usually avoided because it makes some formalisms non-decidable. We differentiate linguistic phenomena structurally by their algebraic description. Algebraic dependency grammar permits observance of affinity between linguistic constructions which seem superficially different. Regarding formal language theory, a new system for understanding a very large family of languages is presented which permits observation of languages in broader contexts. We identify a new class named anti-context-free languages containing constructions structurally symmetric to context-free languages. Informally we could say that context-free languages are well-parenthesized, while anti-context-free languages are cross-serial-parenthesized. For example copy languages and respectively languages are anti-context-free.Es proposa un formalisme matemàtic anomenat Gramàtica de Dependències Algebraica amb aplicacions a la lingüística formal i a la teoria de llenguatges formals. Pel que fa a la lingüística formal es pretén abordar el problema de la gramaticalitat, amb un èmfasi especial en la transversalitat, això és, que el formalisme sigui apte per a un bon nombre de llengües. En el camp dels llenguatges formals aquest formalisme proporciona una nova perspectiva que permet una classificació algebraica dels llenguatges. Aquest enfocament suggereix a més a més l'existència de les aquí anomenades anti-classes de llenguatges associades a certes classes de llenguatges. La nostra idea d'una gramàtica de dependències és en un conjunt de sintagmes ben construïts (d'això en diem recció algebraica) i una relació que associa ordres de paraules als sintagmes d'aquest conjunt (d'això en diem linearització algebraica). Pel que fa a la recció algebraica, introduïm el concepte de varietat sintàctica com el conjunt de sintagmes que satisfan una concordança sobre un determinat patró. Un patró és un conjunt d'adreces sintàctiques descrit algebraicament. La concordança es formalitza a través d'una condició booleana sobre el vocabulari. En relació amb linearització algebraica, en primer lloc, observem que l'essencial de la noció clàssica de projectivitat rau en el fet que certes subestructures d'un arbre de dependències formen sempre un interval en la seva linearització. Així doncs, primer hem d'establir bé que vol dir subestructura. Un cop més veiem que els patrons en proporcionen la clau, tot generalitzant la noció de projectivitat a través d'un procediment recursiu de linearització. Tot unint els dos mòduls anteriors ja tenim el nostre formalisme a punt: una gramàtica de dependències algebraica és una varietat sintàctica juntament amb una linearització. Notem que els patrons són a la base de tots dos mòduls: varietats i linearitzacions, així que resulta del tot natural estudiar-ne la interrelació en termes d'un nou sistema de classificació algebraica de classes de llenguatges. Destaquem les principals contribucions d'aquesta tesi. Pel que fa a la matemàtica lingüística, la gramàtica de dependències algebraica considera els arbres i l'ordre de les paraules diferents mòduls dins l'arquitectura la qual cosa permet de descriure llenguatges amb una gran varietat d'ordre. L'ús d'el·lipsis és permès; aquesta qüestió és normalment evitada en altres formalismes per tal com la possibilitat d'el·lipsis fa que els models es tornin no decidibles. El nostre model també ens permet classificar estructuralment fenòmens lingüístics segons la seva descripció algebraica, així com de copsar afinitats entre construccions que semblen superficialment diferents. Pel que fa a la teoria dels llenguatges formals, presentem un nou sistema de classificació que ens permet d'entendre els llenguatges en un context més ampli. Identifiquem una nova classe que anomenem llenguatges anti-lliures-de-context que conté construccions estructuralment simètriques als llenguatges lliures de context. Informalment podríem dir que els llenguatges lliures de context estan ben parentetitzats, mentre que els anti-lliures-de-context estan parentetitzats segons dependències creuades en sèrie. En són mostres d'aquesta classe els llenguatges còpia i els llenguatges respectivament.Postprint (published version

On the representation theory of finite J-trivial monoids

In 1979, Norton showed that the representation theory of the 0-Hecke algebra admits a rich combinatorial description. Her constructions rely heavily on some triangularity property of the product, but do not use explicitly that the 0-Hecke algebra is a monoid algebra. The thesis of this paper is that considering the general setting of monoids admitting such a triangularity, namely J-trivial monoids, sheds further light on the topic. This is a step to use representation theory to automatically extract combinatorial structures from (monoid) algebras, often in the form of posets and lattices, both from a theoretical and computational point of view, and with an implementation in Sage. Motivated by ongoing work on related monoids associated to Coxeter systems, and building on well-known results in the semi-group community (such as the description of the simple modules or the radical), we describe how most of the data associated to the representation theory (Cartan matrix, quiver) of the algebra of any J-trivial monoid M can be expressed combinatorially by counting appropriate elements in M itself. As a consequence, this data does not depend on the ground field and can be calculated in O(n^2), if not O(nm), where n=|M| and m is the number of generators. Along the way, we construct a triangular decomposition of the identity into orthogonal idempotents, using the usual M\"obius inversion formula in the semi-simple quotient (a lattice), followed by an algorithmic lifting step. Applying our results to the 0-Hecke algebra (in all finite types), we recover previously known results and additionally provide an explicit labeling of the edges of the quiver. We further explore special classes of J-trivial monoids, and in particular monoids of order preserving regressive functions on a poset, generalizing known results on the monoids of nondecreasing parking functions.Comment: 41 pages; 4 figures; added Section 3.7.4 in version 2; incorporated comments by referee in version

Algebraic dependency grammar

We propose a mathematical formalism called Algebraic Dependency Grammar with applications to formal linguistics and to formal language theory. Regarding formal linguistics we aim to address the problem of grammaticality with special attention to cross-linguistic cases. In the field of formal language theory this formalism provides a new perspective allowing an algebraic classification of languages. Notably our approach suggests the existence of so-called anti-classes of languages associated to certain classes of languages. Our notion of a dependency grammar is as of a definition of a set of well-constructed dependency trees (we call this algebraic governance) and a relation which associates word-orders to dependency trees (we call this algebraic linearization). In relation to algebraic governance, we define a manifold which is a set of dependency trees satisfying an agreement condition throughout a pattern, which is the algebraic form of a collection of syntactic addresses over the dependency tree. A boolean condition on the words formalizes the notion of agreement. In relation to algebraic linearization, first we observe that the notion of projectivity is quintessentially that certain substructures of a dependency tree always form an interval in its linearization. So we have to establish well what is a substructure; we see again that patterns proportion the key, generalizing the notion of projectivity with recursive linearization procedures. Combining the above modules we have the formalism: an algebraic dependency grammar is a manifold together with a linearization. Notice that patterns sustain both manifolds and linearizations. We study their interrelation in terms of a new algebraic classification of classes of languages. We highlight the main contributions of the thesis. Regarding mathematical linguistics, algebraic dependency grammar considers trees and word-order different modules in the architecture, which allows description of languages with varied word-order. Ellipses are permitted; this issue is usually avoided because it makes some formalisms non-decidable. We differentiate linguistic phenomena structurally by their algebraic description. Algebraic dependency grammar permits observance of affinity between linguistic constructions which seem superficially different. Regarding formal language theory, a new system for understanding a very large family of languages is presented which permits observation of languages in broader contexts. We identify a new class named anti-context-free languages containing constructions structurally symmetric to context-free languages. Informally we could say that context-free languages are well-parenthesized, while anti-context-free languages are cross-serial-parenthesized. For example copy languages and respectively languages are anti-context-free.Es proposa un formalisme matemàtic anomenat Gramàtica de Dependències Algebraica amb aplicacions a la lingüística formal i a la teoria de llenguatges formals. Pel que fa a la lingüística formal es pretén abordar el problema de la gramaticalitat, amb un èmfasi especial en la transversalitat, això és, que el formalisme sigui apte per a un bon nombre de llengües. En el camp dels llenguatges formals aquest formalisme proporciona una nova perspectiva que permet una classificació algebraica dels llenguatges. Aquest enfocament suggereix a més a més l'existència de les aquí anomenades anti-classes de llenguatges associades a certes classes de llenguatges. La nostra idea d'una gramàtica de dependències és en un conjunt de sintagmes ben construïts (d'això en diem recció algebraica) i una relació que associa ordres de paraules als sintagmes d'aquest conjunt (d'això en diem linearització algebraica). Pel que fa a la recció algebraica, introduïm el concepte de varietat sintàctica com el conjunt de sintagmes que satisfan una concordança sobre un determinat patró. Un patró és un conjunt d'adreces sintàctiques descrit algebraicament. La concordança es formalitza a través d'una condició booleana sobre el vocabulari. En relació amb linearització algebraica, en primer lloc, observem que l'essencial de la noció clàssica de projectivitat rau en el fet que certes subestructures d'un arbre de dependències formen sempre un interval en la seva linearització. Així doncs, primer hem d'establir bé que vol dir subestructura. Un cop més veiem que els patrons en proporcionen la clau, tot generalitzant la noció de projectivitat a través d'un procediment recursiu de linearització. Tot unint els dos mòduls anteriors ja tenim el nostre formalisme a punt: una gramàtica de dependències algebraica és una varietat sintàctica juntament amb una linearització. Notem que els patrons són a la base de tots dos mòduls: varietats i linearitzacions, així que resulta del tot natural estudiar-ne la interrelació en termes d'un nou sistema de classificació algebraica de classes de llenguatges. Destaquem les principals contribucions d'aquesta tesi. Pel que fa a la matemàtica lingüística, la gramàtica de dependències algebraica considera els arbres i l'ordre de les paraules diferents mòduls dins l'arquitectura la qual cosa permet de descriure llenguatges amb una gran varietat d'ordre. L'ús d'el·lipsis és permès; aquesta qüestió és normalment evitada en altres formalismes per tal com la possibilitat d'el·lipsis fa que els models es tornin no decidibles. El nostre model també ens permet classificar estructuralment fenòmens lingüístics segons la seva descripció algebraica, així com de copsar afinitats entre construccions que semblen superficialment diferents. Pel que fa a la teoria dels llenguatges formals, presentem un nou sistema de classificació que ens permet d'entendre els llenguatges en un context més ampli. Identifiquem una nova classe que anomenem llenguatges anti-lliures-de-context que conté construccions estructuralment simètriques als llenguatges lliures de context. Informalment podríem dir que els llenguatges lliures de context estan ben parentetitzats, mentre que els anti-lliures-de-context estan parentetitzats segons dependències creuades en sèrie. En són mostres d'aquesta classe els llenguatges còpia i els llenguatges respectivament

Two characterisation results of multiple context-free grammars and their application to parsing

In the first part of this thesis, a Chomsky-Schützenberger characterisation and an automaton characterisation of multiple context-free grammars are proved. Furthermore, a framework for approximation of automata with storage is described. The second part develops each of the three theoretical results into a parsing algorithm

Excursions into Algebra and Combinatorics at q=0q=0

We explore combinatorics associated with the degenerate Hecke algebra at $q=0$, obtaining a formula for a system of orthogonal idempotents, and also exploring various pattern avoidance results. Generalizing constructions for the 0-Hecke algebra, we explore the representation theory of \JJ-trivial monoids. We then discuss two-tensors of crystal bases for $U_q(\tilde{\mathfrak{sl}_2})$, establishing a complementary result to one of Bandlow, Schilling, and Thi\'ery on affine crystals arising from promotion operators. Finally, we give a computer implementation of Stembridge's local axioms for simply-laced crystal bases.Comment: 92 pages, 13 figures. PHd Dissertation accepted at the University of California on July 15th, 2011. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1012.136