Diagonalizations over polynomial time computable sets

AbstractA formal notion of diagonalization is developed which allows to enforce properties that are related to the class of polynomial time computable sets (the class of polynomial time computable functions respectively), like, e.g., p-immunity. It is shown that there are sets—called p-generic— which have all properties enforceable by such diagonalizations. We study the behaviour and the complexity of p-generic sets. In particular, we show that the existence of p-generic sets in NP is oracle dependent, even if we assume P ≠ NP

Aspects Topologiques des Représentations en Analyse Calculable

Computable analysis provides a formalization of algorithmic computations over infinite mathematical objects. The central notion of this theory is the symbolic representation of objects, which determines the computation power of the machine, and has a direct impact on the difficulty to solve any given problem. The friction between the discrete nature of computations and the continuous nature of mathematical objects is captured by topology, which expresses the idea of finite approximations of infinite objects.We thoroughly study the multiple interactions between computations and topology, analysing the information that can be algorithmically extracted from a representation. In particular, we focus on the comparison between two representations of a single family of objects, on the precise relationship between algorithmic and topological complexity of problems, and on the relationship between finite and infinite representations.L’analyse calculable permet de formaliser le traitement algorithmique d’objets mathématiques infinis. La théorie repose sur une représentation symbolique des objets, dont le choix détermine les capacités de calcul de la machine, notamment sa difficulté à résoudre chaque problème donné. La friction entre le caractère discret du calcul et la nature continue des objets est capturée par la topologie, qui exprime l’idée d’approximation finie d’objets infinis.Nous étudions en profondeur les multiples interactions entre calcul et topologie, cherchant à analyser l’information qui peut être extraite algorithmiquement d’une représentation. Je me penche plus particulièrement sur la comparaison entre deux représentations d’une même famille d’objets, sur les liens détaillés entre complexité algorithmique et topologique des problèmes, ainsi que sur les relations entre représentations finies et infinies

Finite-State Genericity : on the Diagonalization Strength of Finite Automata

Algorithmische Generizit¨atskonzepte spielen eine wichtige Rolle in der Berechenbarkeitsund Komplexit¨atstheorie. Diese Begriffe stehen in engem Zusammenhang mit grundlegenden Diagonalisierungstechniken, und sie wurden zur Erzielung starker Trennungen von Komplexit¨atsklassen verwendet. Da f¨ur jedes Generizit¨atskonzept die zugeh¨origen generischen Mengen eine co-magere Klasse bilden, ist die Analyse generischer Mengen ein wichtiges Hifsmittel f¨ur eine quantitative Analyse struktureller Ph¨anomene. Typischerweise werden Generizit¨atskonzepte mit Hilfe von Erweiterungsfunktionen definiert, wobei die St¨arke eines Konzepts von der Komplexit¨at der zugelassenen Erwiterungsfunktionen abh¨angt. Hierbei erweisen sich die sog. schwachen Generizit¨atskonzepte, bei denen nur totale Erweiterungsfunktionen ber¨ucksichtigt werden, meist als wesentlich schw¨acher als die vergleichbaren allgemeinen Konzepte, bei denen auch partielle Funktionen zugelassen sind. Weiter sind die sog. beschr¨ankten Generizit¨atskonzepte – basierend auf Erweiterungen konstanter L¨ange – besonders interessant, da hier die Klassen der zugeh¨origen generischen Mengen nicht nur co-mager sind sondern zus¨atzlich Maß 1 haben. Generische Mengen diesen Typs sind daher typisch sowohl im topologischen wie im maßtheoretischen Sinn. In dieser Dissertation initiieren wir die Untersuchung von Generizit¨at im Bereich der Theorie der Formalen Sprachen: Wir f¨uhren finite-state-Generizit¨atskonzepte ein und verwenden diese, um die Diagonalisierungsst¨arke endlicher Automaten zu erforschen. Wir konzentrieren uns hierbei auf die beschr¨ankte finite-state-Generizit¨at und Spezialf ¨alle hiervon, die wir durch die Beschr¨ankung auf totale Erweiterungsfunktionen bzw. auf Erweiterungen konstanter L¨ange erhalten. Wir geben eine rein kombinatorische Charakterisierung der beschr¨ankt finite-state-generischen Mengen: Diese sind gerade die Mengen, deren charakteristische Folge saturiert ist, d.h. jedes Bin¨arwort als Teilwort enth¨alt. Mit Hilfe dieser Charakterisierung bestimmen wir die Komplexit¨at der beschr¨ankt finitestate- generischen Mengen und zeigen, dass solch eine generische Menge nicht regul¨ar sein kann es aber kontext-freie Sprachen mit dieser Generizit¨atseigenschaft gibt. Die von uns betrachteten unbeschr¨ankten finite-state-Generizit¨atskonzepte basieren auf Moore-Funktionen und auf Verallgemeinerungen dieser Funktionen. Auch hier vergleichen wir die St¨arke der verschiedenen korrespondierenden Generizit¨atskonzepte und er¨ortern die Frage, inwieweit diese Konzepte m¨achtiger als die beschr¨ankte finite-state-Generizit ¨at sind. Unsere Untersuchungen der finite-state-Generizit¨at beruhen zum Teil auf neuen Ergebnissen ¨uber Bi-Immunit¨at in der Chomsky-Hierarchie, einer neuen Chomsky-Hierarchie f¨ur unendliche Folgen und einer gr¨undlichen Untersuchung der saturierten Folgen. Diese Ergebnisse – die von unabh¨angigem Interesse sind – werden im ersten Teil der Dissertation vorgestellt. Sie k¨onnen unabh¨angig von dem Hauptteil der Arbeit gelesen werden