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V´ azquez らのアルゴリズムの出力の状態数

V´azquezらのアルゴリズムの出力の最大状態数についてまとめると,表3.1のようにな

る.表3.1でマスが2段となっているところは,上段が,出力の状態数の最大値を表し,

下段が,出力の状態数が最大となる(現在見つかっている)入力例の,本アルゴリズム 適用時の状態や文字の選択順の指定の有無を表す.

また,V´azquezらのアルゴリズムの出力の最小状態数について,定理7が成り立つ.

定理 7. 入力が任意のNFAであっても,到達可能なDFAを反転したものであっても,

|Σ| ≥1, k 1のとき,V´azquezらのアルゴリズムの出力の状態数|Q|について,|Q| ≥1 が成り立つ.またこの下界は厳密である.

{0,1,2,3}

{0,1,2,3} 𝑎

{1,2,3}

{4}

𝑎

{0,1,2,3}

{0}

𝑎

{1,2,3}

{4}

𝑎, 𝑏 𝑏

𝑎 𝑎

0 1 2 𝑎 3

𝑎

𝑏 𝑏 𝑏 𝑏

𝑎 4

𝑏

{0,1,2,3}

{0}

𝑎

{1,2,3}

{2,3}

{4}

𝑎

𝑎, 𝑏 𝑎

𝑏

{0,1,2,3}

{0}

𝑎

{1,2,3}

{2,3}

{1}

{4}

𝑎, 𝑏

𝑎, 𝑏 𝑎

𝑏 𝑏

{0,1,2,3}

{0}

𝑎

{1,2,3}

{2,3}

{1}

{4}

𝑎, 𝑏 𝑎, 𝑏

𝑎 𝑎

{3}

𝑎 𝑏

𝑏

{0,1,2,3}

{0}

𝑎

{1,2,3}

{2,3}

{1}

{4}

𝑎, 𝑏 𝑎, 𝑏

𝑎 𝑎

{2} {3}

𝑎, 𝑏 𝑏

𝑏 𝑏

{0,1,2,3}

{0}

𝑎

{1,2,3}

{2,3}

{1}

𝑎

{4}

𝑎, 𝑏 𝑎, 𝑏

𝑎 𝑎 𝑎

{3}

{2}

𝑎 𝑎

𝑎, 𝑏 𝑏 𝑎

𝑏 𝑏

𝑏

𝑏

𝑏 𝑏

𝑏

入力

1,2,3 , 𝑎

2,3 , 𝑏 2,3 , 𝑎

1,2,3 , 𝑏

0,1,2,3 , 𝑏 0,1,2,3 , 𝑎

出力

図 3.11: 到達可能なDFAを反転したものを入力とし,|Σ|= 2のとき,V´azquezらのア ルゴリズムの出力の状態数が2k2となる具体例.

表 3.1: V´azquezらのアルゴリズムの出力の最大状態数

入力Mの 任意の入力M 到達可能なDFAを反転した入力M 状態数k |Σ|= 1 |Σ| ≥2 |Σ| ≥1

1 1 1 1

2≤k 5 2k2 2k1 2k2

(選択順指定無)(選択順指定有) (選択順指定無)

k≥6 2k2 2k1 2k2

(選択順指定有)(選択順指定有) (選択順指定有)

図 3.12: |Σ|= 1のとき,V´azquezらのアルゴリズムの出力の状態数が1となる入力例.

証明. |Σ|= 1のとき,V´azquezらのアルゴリズムの出力の状態数が1となる入力例を,図 3.12に示し,このNFAをM1とする.ここで,M1を反転したRev(M1)は,到達可能な DFAである.また,M1に本アルゴリズムを適用する場合の状態の選択順は一意である.

M1に本アルゴリズムを適用すると,M1の状態集合Qが出力の初期状態として求まる.

状態Qから文字aによる遷移先は状態Qであり,新たな状態は生成されない.よって,

アルゴリズムは終了し,出力のNFAはその状態集合Q ={Q},すなわち|Q| = 1であ るものとなる.

|Σ| = 2のとき,V´azquezらのアルゴリズムの出力の状態数が1となる入力例を,図 3.13に示し,このNFAをM2とする.ここで,M2を反転したRev(M2)は,到達可能な DFAである.また,M2に本アルゴリズムを適用する場合の状態の選択順は一意であり,

文字の選択順は任意とする.

M2に本アルゴリズムを適用すると,M2の状態集合Qが出力の初期状態として求まる.

状態Qから文字aによる遷移先は状態Qであり,新たな状態は生成されない.また,状 態Qから文字bによる遷移先も状態Qであり,新たな状態は生成されない.よって,ア ルゴリズムは終了し,出力のNFAはその状態集合Q ={Q},すなわち|Q| = 1である ものとなる.

|Σ| ≥3のときは,文字aによる遷移は図3.13のaによる遷移と同じとし,a以外の文 字による遷移は図3.13のbによる遷移と同じとして,同様に証明できる

16. |Σ|= 1のとき,V´azquezらのアルゴリズムの出力の状態数が1となる具体例を図 3.14に示す.同様に,|Σ|= 2のとき,V´azquezらのアルゴリズムの出力の状態数が1と なる具体例を図3.15に示す.

図 3.13: |Σ|= 2のとき,V´azquezらのアルゴリズムの出力の状態数が1となる入力例.

{0,1,2,3,4} 0,1,2,3,4 {0,1,2,3,4}

入力

出力

図 3.14: |Σ|= 1のとき,V´azquezらのアルゴリズムの出力の状態数が1となる具体例.

{0,1,2,3,4} {0,1,2,3,4}

0,1,2,3,4 , 𝑎

入力

出力

{0,1,2,3,4}

0,1,2,3,4 , 𝑏

図 3.15: |Σ|= 2のとき,V´azquezらのアルゴリズムの出力の状態数が1となる具体例.

4

azquez らのアルゴリズムの出力の平均状態数の

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