186 research outputs found

    Weak MSO: Automata and Expressiveness Modulo Bisimilarity

    Full text link
    We prove that the bisimulation-invariant fragment of weak monadic second-order logic (WMSO) is equivalent to the fragment of the modal μ\mu-calculus where the application of the least fixpoint operator μp.φ\mu p.\varphi is restricted to formulas φ\varphi that are continuous in pp. Our proof is automata-theoretic in nature; in particular, we introduce a class of automata characterizing the expressive power of WMSO over tree models of arbitrary branching degree. The transition map of these automata is defined in terms of a logic FOE1\mathrm{FOE}_1^\infty that is the extension of first-order logic with a generalized quantifier \exists^\infty, where x.ϕ\exists^\infty x. \phi means that there are infinitely many objects satisfying ϕ\phi. An important part of our work consists of a model-theoretic analysis of FOE1\mathrm{FOE}_1^\infty.Comment: Technical Report, 57 page

    Playing Games in the Baire Space

    Full text link
    We solve a generalized version of Church's Synthesis Problem where a play is given by a sequence of natural numbers rather than a sequence of bits; so a play is an element of the Baire space rather than of the Cantor space. Two players Input and Output choose natural numbers in alternation to generate a play. We present a natural model of automata ("N-memory automata") equipped with the parity acceptance condition, and we introduce also the corresponding model of "N-memory transducers". We show that solvability of games specified by N-memory automata (i.e., existence of a winning strategy for player Output) is decidable, and that in this case an N-memory transducer can be constructed that implements a winning strategy for player Output.Comment: In Proceedings Cassting'16/SynCoP'16, arXiv:1608.0017

    Weak MSO+U with Path Quantifiers over Infinite Trees

    Full text link
    This paper shows that over infinite trees, satisfiability is decidable for weak monadic second-order logic extended by the unbounding quantifier U and quantification over infinite paths. The proof is by reduction to emptiness for a certain automaton model, while emptiness for the automaton model is decided using profinite trees.Comment: version of an ICALP 2014 paper with appendice

    Topological Complexity of Sets Defined by Automata and Formulas

    Get PDF
    In this thesis we consider languages of infinite words or trees defined by automata of various types or formulas of various logics. We ask about the highest possible position in the Borel or the projective hierarchy inhabited by sets defined in a given formalism. The answer to this question is called the topological complexity of the formalism.It is shown that the topological complexity of Monadic Second Order Logic extended with the unbounding quantifier (introduced by Bojańczyk to express some asymptotic properties) over ω-words is the whole projective hierarchy. We also give the exact topological complexities of related classes of languages recognized by nondeterministic ωB-, ωS- and ωBS-automata studied by Bojańczyk and Colcombet, and a lower complexity bound for an alternating variant of ωBS-automata.We present the series of results concerning bi-unambiguous languages of infinite trees, i.e. languages recognized by unambiguous parity tree automata whose complements are also recognized by unambiguous parity automata. We give an example of a bi-unambiguous tree language G that is analytic-complete. We present an operation σ on tree languages with the property that σ(L) is topologically harder than any language in the sigma-algebra generated by the languages continuously reducible to L. If the operation is applied to a bi-unambiguous language than the result is also bi-unambiguous. We then show that the application of the operation can be iterated to obtain harder and harder languages. We also define another operation that enables a limit step iteration. Using the operations we are able to construct a sequence of bi-unambiguous languages of increasing topological complexity, of length at least ω square.W niniejszej rozprawie rozważane są języki nieskończonych słów lub drzew definiowane poprzez automaty różnych typów lub formuły różnych logik. Pytamy o najwyższą możliwą pozycję w hierarchii borelowskiej lub rzutowej zajmowaną przez zbiory definiowane w danym formalizmie. Odpowiedź na to pytanie jest nazywana złożonością topologiczną formalizmu.Przedstawiony został dowód, że złożonością topologiczną Logiki Monadycznej Drugiego Rzędu rozszerzonej o kwantyfikator Unbounding (wprowadzony przez Bojańczyka w celu umożliwienia wyrażania własności asymptotycznych) na słowach nieskończonych jest cała hierarchia rzutowa. Obliczone zostały również złożoności topologiczne klas języków rozpoznawanych przez niedeterministyczne ωB-, ωS- i ωBS-automaty rozważane przez Bojańczyka i Colcombet'a, oraz zostało podane dolne ograniczenie złożoności wariantu alternującego ωBS-automatów.Zaprezentowane zostały wyniki dotyczące języków podwójnie jednoznacznych, tzn. języków rozpoznawanych przez jednoznaczne automaty parzystości na drzewach, których dopełnienia również są rozpoznawane przez jednoznaczne automaty parzystości. Podany został przykład podwójnie jednoznacznego języka drzew G, który jest analityczny-zupełny. Została wprowadzona operacja σ na językach drzew taka, że język σ(L) jest topologicznie bardziej złożony niż jakikolwiek język należący do sigma-algebry generowanej przez języki redukujące się w sposób ciągły do języka L. W wyniku zastosowania powyższej operacji do języka podwójnie jednoznacznego otrzymujemy język podwójnie jednoznaczny. Zostało pokazane, że kolejne iteracje aplikacji powyższej operacji dają coraz bardziej złożone języki. Została również wprowadzona druga operacja, która umożliwia krok graniczny iteracji. Używając obydwu powyższych operacji można skonstruować ciąg długości ω kwadrat złożony z języków podwójnie jednoznacznych o coraz większej złożoności

    Finitary languages

    Full text link
    The class of omega-regular languages provides a robust specification language in verification. Every omega-regular condition can be decomposed into a safety part and a liveness part. The liveness part ensures that something good happens "eventually". Finitary liveness was proposed by Alur and Henzinger as a stronger formulation of liveness. It requires that there exists an unknown, fixed bound b such that something good happens within b transitions. In this work we consider automata with finitary acceptance conditions defined by finitary Buchi, parity and Streett languages. We study languages expressible by such automata: we give their topological complexity and present a regular-expression characterization. We compare the expressive power of finitary automata and give optimal algorithms for classical decisions questions. We show that the finitary languages are Sigma 2-complete; we present a complete picture of the expressive power of various classes of automata with finitary and infinitary acceptance conditions; we show that the languages defined by finitary parity automata exactly characterize the star-free fragment of omega B-regular languages; and we show that emptiness is NLOGSPACE-complete and universality as well as language inclusion are PSPACE-complete for finitary parity and Streett automata
    corecore