A Note on Limited Pushdown Alphabets in Stateless Deterministic Pushdown Automata

Recently, an infinite hierarchy of languages accepted by stateless deterministic pushdown automata has been established based on the number of pushdown symbols. However, the witness language for the n-th level of the hierarchy is over an input alphabet with 2(n-1) elements. In this paper, we improve this result by showing that a binary alphabet is sufficient to establish this hierarchy. As a consequence of our construction, we solve the open problem formulated by Meduna et al. Then we extend these results to m-state realtime deterministic pushdown automata, for all m at least 1. The existence of such a hierarchy for m-state deterministic pushdown automata is left open

Fast equivalence-checking for normed context-free processes

Bisimulation equivalence is decidable in polynomial time over normed graphs generated by a context-free grammar. We present a new algorithm, working in time $O(n^5)$, thus improving the previously known complexity $O(n^8 * polylog(n))$. It also improves the previously known complexity $O(n^6 * polylog(n))$ of the equality problem for simple grammars

Compressed Membership for NFA (DFA) with Compressed Labels is in NP (P)

In this paper, a compressed membership problem for finite automata, both deterministic and non-deterministic, with compressed transition labels is studied. The compression is represented by straight-line programs (SLPs), i.e. context-free grammars generating exactly one string. A novel technique of dealing with SLPs is introduced: the SLPs are recompressed, so that substrings of the input text are encoded in SLPs labelling the transitions of the NFA (DFA) in the same way, as in the SLP representing the input text. To this end, the SLPs are locally decompressed and then recompressed in a uniform way. Furthermore, such recompression induces only small changes in the automaton, in particular, the size of the automaton remains polynomial. Using this technique it is shown that the compressed membership for NFA with compressed labels is in NP, thus confirming the conjecture of Plandowski and Rytter and extending the partial result of Lohrey and Mathissen; as it is already known, that this problem is NP-hard, we settle its exact computational complexity. Moreover, the same technique applied to the compressed membership for DFA with compressed labels yields that this problem is in P; for this problem, only trivial upper-bound PSPACE was known

Branching Bisimilarity on Normed BPA Is EXPTIME-complete

We put forward an exponential-time algorithm for deciding branching bisimilarity on normed BPA (Bacis Process Algebra) systems. The decidability of branching (or weak) bisimilarity on normed BPA was once a long standing open problem which was closed by Yuxi Fu. The EXPTIME-hardness is an inference of a slight modification of the reduction presented by Richard Mayr. Our result claims that this problem is EXPTIME-complete.Comment: We correct many typing errors, add several remarks and an interesting toy exampl

Unification and Matching on Compressed Terms

Term unification plays an important role in many areas of computer science, especially in those related to logic. The universal mechanism of grammar-based compression for terms, in particular the so-called Singleton Tree Grammars (STG), have recently drawn considerable attention. Using STGs, terms of exponential size and height can be represented in linear space. Furthermore, the term representation by directed acyclic graphs (dags) can be efficiently simulated. The present paper is the result of an investigation on term unification and matching when the terms given as input are represented using different compression mechanisms for terms such as dags and Singleton Tree Grammars. We describe a polynomial time algorithm for context matching with dags, when the number of different context variables is fixed for the problem. For the same problem, NP-completeness is obtained when the terms are represented using the more general formalism of Singleton Tree Grammars. For first-order unification and matching polynomial time algorithms are presented, each of them improving previous results for those problems.Comment: This paper is posted at the Computing Research Repository (CoRR) as part of the process of submission to the journal ACM Transactions on Computational Logic (TOCL)

Faster algorithm for bisimulation equivalence of normed context-free processes

Abstract. The fastest known algorithm for checking bisimulation equivalence of normed context-free processes worked in O(n 13)time.Wegive an alternative algorithm working in O(n 8 polylog n) time, As a side effect we improve the best known upper bound for testing equivalence of simple context-free grammars from O(n 7 polylog n) toO(n 6 polylog n).

Compressed Decision Problems in Groups

Wir beschäftigen uns mit Problemen der algorithmischen Gruppentheorie und untersuchen dabei die Komplexität von komprimierten Versionen des Wortproblems und des Konjugationsproblems für endlich erzeugte Gruppen. Das Wortproblem fragt für eine feste, endlich erzeugte Gruppe ob ein gegebenes Wort über der Erzeugermenge das neutrale Element der Gruppe repräsentiert. Wir betrachten das gegebene Wort jedoch in einer komprimierten Form, als Straight-line Program (SLP) und untersuchen die Komplexität dieses Problems, das wir \''komprimiertes Wortproblem\'' nennen. SLPs sind kontextfreie Grammatiken, die genau einen String erzeugen. Die Eingabegröße ist dabei stets die Größe des gegebenen SLPs. Eine Hauptmotivation ist dabei, dass für eine feste endlich erzeugte Gruppe das Wortproblem ihrer Automorphismengruppe durch eine Turingmaschine in Polynomialzeit auf das komprimierte Wortproblem der Gruppe selbst reduzierbar ist. Wir untersuchen das komprimierte Wortproblem für die verbreiteten Gruppenerweiterungen HNN-Erweiterungen (amalgamierte Produkte und Graphprodukte) und können zeigen, dass sich Instanzen des komprimierten Wortproblems von einer Turingmaschine in Polynomialzeit auf Instanzen des komprimierten Wortproblems der Basisgruppe (respektive Basisgruppen und Knotengruppen) reduzieren lassen. Weiterhin zeigen wir, dass das komprimierte Wortproblem für endlich erzeugte nilpotente Gruppen von einer Turingmaschine in Polynomialzeit entscheidbar ist. Wir betrachten außerdem eine komprimierte Variante des Konjugationsproblems. Das unkomprimierte Konjugationsproblem fragt für zwei gegebene Wörter über den Erzeugern einer festen endlich erzeugten Gruppe, ob sie in dieser Gruppe konjugiert sind. Beim komprimierten Konjugationsproblem besteht die Eingabe aus zwei SLPs und es wird gefragt, ob die beiden Wörter die von den SLPs erzeugt werden in der Gruppe konjugierte Elemente präsentieren. Wir konnten zeigen, dass sich das komprimierte Konjugationsproblem für Graphgruppen in Polynomialzeit entscheiden lässt. Weiterhin haben wir das Wortproblem der äußeren Automorphismengruppen von Graphprodukten endlich erzeugter Gruppen untersucht. Durch den engen Zusammenhang des komprimierten Konjugationsproblems einer Gruppe mit dem Wortproblem der äußeren Automorphismengruppe konnten wir zeigen, dass sich das Wortproblem der äußeren Automorphismengruppe eines Graphprodukts von endlich erzeugten Gruppen durch eine Turingmaschine in Polynomialzeit auf Instanzen von simultanen komprimierten Konjugationsproblemen der Knotengruppen und Instanzen von komprimierten Wortproblemen der Knotengruppen reduzieren lässt. Als Anwendung gelten obige Resultate auch für right-angled Coxetergruppen und Graphgruppen, da beide spezielle Graphprodukte sind. So folgt beispielsweise, dass das komprimierte Wortproblem einer right-angled Coxetergruppe in Polynomialzeit entscheidbar ist