Grammar compression is a general compression framework in which a string $T$ of length $N$ is represented as a context-free grammar of size $n$ whose language contains only $T$. In this paper, we focus on studying the limitations of algorithms and data structures operating on strings in grammar-compressed form. Previous work focused on proving lower bounds for grammars constructed using algorithms that achieve the approximation ratio $\rho=\mathcal{O}(\text{polylog }N)$. Unfortunately, for the majority of grammar compressors, $\rho$ is either unknown or satisfies $\rho=\omega(\text{polylog }N)$. In their seminal paper, Charikar et al. [IEEE Trans. Inf. Theory 2005] studied seven popular grammar compression algorithms: RePair, Greedy, LongestMatch, Sequential, Bisection, LZ78, and $\alpha$-Balanced. Only one of them ($\alpha$-Balanced) is known to achieve $\rho=\mathcal{O}(\text{polylog }N)$. We develop the first technique for proving lower bounds for data structures and algorithms on grammars that is fully general and does not depend on the approximation ratio $\rho$ of the used grammar compressor. Using this technique, we first prove that $\Omega(\log N/\log \log N)$ time is required for random access on RePair, Greedy, LongestMatch, Sequential, and Bisection, while $\Omega(\log\log N)$ time is required for random access to LZ78. All these lower bounds hold within space $\mathcal{O}(n\text{ polylog }N)$ and match the existing upper bounds. We also generalize this technique to prove several conditional lower bounds for compressed computation. For example, we prove that unless the Combinatorial $k$-Clique Conjecture fails, there is no combinatorial algorithm for CFG parsing on Bisection (for which it holds $\rho=\tilde{\Theta}(N^{1/2})$) that runs in $\mathcal{O}(n^c\cdot N^{3-\epsilon})$ time for all constants $c>0$ and $\epsilon>0$. Previously, this was known only for $c<2\epsilon$.


翻译:语法压缩是一种通用压缩框架,其中长度为$N$的字符串$T$被表示为大小为$n$的上下文无关文法,其语言仅包含$T$。本文聚焦于研究以语法压缩形式操作字符串的算法与数据结构的局限性。已有工作主要针对通过能达到近似比$\rho=\mathcal{O}(\text{polylog }N)$的算法构建的语法证明下界。然而,对于大多数语法压缩器,$\rho$要么未知,要么满足$\rho=\omega(\text{polylog }N)$。在其开创性论文中,Charikar等[IEEE Trans. Inf. Theory 2005]研究了七种流行的语法压缩算法:RePair、Greedy、LongestMatch、Sequential、Bisection、LZ78和$\alpha$-Balanced。其中仅$\alpha$-Balanced已知能达到$\rho=\mathcal{O}(\text{polylog }N)$。我们首次提出一种完全通用的语法数据结构和算法下界证明技术,该技术不依赖于所用语法压缩器的近似比$\rho$。利用该技术,我们首先证明:在RePair、Greedy、LongestMatch、Sequential和Bisection上实现随机访问需要$\Omega(\log N/\log \log N)$时间,而在LZ78上实现随机访问则需要$\Omega(\log\log N)$时间。这些下界均在空间$\mathcal{O}(n\text{ polylog }N)$内成立,并与现有上界匹配。我们进一步推广该技术,证明了压缩计算的若干条件下界。例如,我们证明除非组合$k$-团猜想不成立,否则不存在针对Bisection(其$\rho=\tilde{\Theta}(N^{1/2})$)的CFG解析的组合算法能在$\mathcal{O}(n^c\cdot N^{3-\epsilon})$时间内运行,对所有常数$c>0$和$\epsilon>0$成立。此前这一结论仅对$c<2\epsilon$成立。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015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
VIP会员
最新内容
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
专知会员服务
1+阅读 · 今天16:06
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:31
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
0+阅读 · 今天14:49
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
13+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
6+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
5+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
4+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
7+阅读 · 6月9日
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
相关资讯
【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015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