Nested counter systems (NCS) are a generalization of counter systems to higher-order counters. Here, a higher-order counter is allowed to have other (lower-order) counters as elements, instead of just a number. Such systems can be viewed as working on trees, where the height of the tree naturally corresponds to the highest order counter that the system is working with. It is known that the coverability problem for NCS, which asks if a given final tree can be covered from a given initial tree, is $\mathbf{F}_{ε_0}$-complete. Here $\mathbf{F}_{ε_0}$ is a class in the fast-growing hierarchy of complexity classes. In this paper, we consider an extension of NCS called nested reset counter systems (NRCS) that extends NCS with resets. We show that coverability for NRCS over order-$k$ counters is $\mathbf{F}_{Ω_k}$-complete where $Ω_k$ is the tower of height $k$ of the $ω$ ordinal. This gives the first natural hierarchy of complete problems for all of these classes. Furthermore, to prove our upper bounds, we also develop length function theorems for any fixed amount of applications of the multiset operation on finite sets. As an application of our results, we improve existing upper bounds for various problems from XML processing, graph transformation systems, $π$-calculus, logic and parameterized verification. Furthermore, using our completeness results for $k$-NRCS, we also prove $\mathbf{F}_{Ω_k}$-completeness of the considered problems from the realms of parameterized verification and logic, for all $k$.


翻译:嵌套计数器系统(NCS)是将计数器系统推广为高阶计数器的一种系统。其中,高阶计数器不仅可包含数值,还可包含其他(低阶)计数器作为元素。此类系统可视为在树上运行,树的高度自然对应于系统所处理的最高阶计数器。已知NCS的可覆盖性问题(即判断给定初始树能否覆盖给定最终树)是$\mathbf{F}_{ε_0}$-完备的,其中$\mathbf{F}_{ε_0}$是复杂度类快速增长层级中的一个类。本文考虑NCS的一种扩展——嵌套重置计数器系统(NRCS),该扩展在NCS中引入了重置操作。我们证明,对于$k$阶计数器的NRCS,可覆盖性是$\mathbf{F}_{Ω_k}$-完备的,其中$Ω_k$是高度为$k$的$ω$序数塔。这为所有这些类中的自然完备问题提供了首个层级结构。此外,为证明上界,我们还为有限集上多重集运算的任意固定次数应用建立了长度函数定理。作为结果的应用,我们改进了XML处理、图变换系统、$π$-演算、逻辑以及参数化验证等领域中若干问题的现有上界。同时,利用$k$-NRCS的完备性结果,我们证明了参数化验证与逻辑领域中所考虑问题对任意$k$均为$\mathbf{F}_{Ω_k}$-完备的。

0
下载
关闭预览

相关内容

论学习、公平性与复杂度
专知会员服务
11+阅读 · 2月28日
综述:军事应用中使用的一些重要算法
专知
13+阅读 · 2022年7月3日
浅析神经协同过滤NCF在推荐系统的应用
凡人机器学习
15+阅读 · 2020年10月17日
图节点嵌入(Node Embeddings)概述,9页pdf
专知
15+阅读 · 2020年8月22日
【机器学习】深入剖析机器学习中的统计思想
产业智能官
17+阅读 · 2019年1月24日
【CPS】社会物理信息系统(CPSS)及其典型应用
产业智能官
16+阅读 · 2018年9月18日
数据分析师应该知道的16种回归方法:泊松回归
数萃大数据
35+阅读 · 2018年9月13日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 5月12日
Arxiv
0+阅读 · 4月6日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
2+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
论学习、公平性与复杂度
专知会员服务
11+阅读 · 2月28日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员