Skip to main content

2015 | OriginalPaper | Buchkapitel

Algebraic Synchronization Criterion and Computing Reset Words

verfasst von : Mikhail Berlinkov, Marek Szykuła

Erschienen in: Mathematical Foundations of Computer Science 2015

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

We refine results about relations between Markov chains and synchronizing automata. We express the condition that an automaton is synchronizing in terms of linear algebra, and obtain upper bounds for the reset thresholds of automata with a short word of a small rank. The results are applied to make several improvements in the area.
We improve the best general upper bound for reset thresholds of finite prefix codes (Huffman codes): we show that an n-state synchronizing decoder has a reset word of length at most \(O(n \log ^3 n)\). Also, we prove the Černý conjecture for n-state automata with a letter of rank at most \(\root 3 \of {6n-6}\). In another corollary, based on the recent results of Nicaud, we show that the probability that the Černý conjecture does not hold for a random synchronizing binary automaton is exponentially small in terms of the number of states. It follows that the expected value of the reset threshold of an n-state random synchronizing binary automaton is at most \(n^{7/4+o(1)}\).
Moreover, reset words of the lengths within our bounds are computable in polynomial time. We present suitable algorithms for this task for various classes of automata for which our results can be applied. These include (quasi-)one-cluster and (quasi-)Eulerian automata.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Ananichev, D., Gusev, V., Volkov, M.: Slowly synchronizing automata and digraphs. In: Hliněný, P., Kučera, A. (eds.) MFCS 2010. LNCS, vol. 6281, pp. 55–65. Springer, Heidelberg (2010) CrossRef Ananichev, D., Gusev, V., Volkov, M.: Slowly synchronizing automata and digraphs. In: Hliněný, P., Kučera, A. (eds.) MFCS 2010. LNCS, vol. 6281, pp. 55–65. Springer, Heidelberg (2010) CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Béal, M.P., Berlinkov, M.V., Perrin, D.: A quadratic upper bound on the size of a synchronizing word in one-cluster automata. Int. J. Found. Comput. Sci. 22(2), 277–288 (2011)CrossRefMATH Béal, M.P., Berlinkov, M.V., Perrin, D.: A quadratic upper bound on the size of a synchronizing word in one-cluster automata. Int. J. Found. Comput. Sci. 22(2), 277–288 (2011)CrossRefMATH
3.
Zurück zum Zitat Béal, M.-P., Perrin, D.: A quadratic upper bound on the size of a synchronizing word in one-cluster automata. In: Diekert, V., Nowotka, D. (eds.) DLT 2009. LNCS, vol. 5583, pp. 81–90. Springer, Heidelberg (2009) CrossRef Béal, M.-P., Perrin, D.: A quadratic upper bound on the size of a synchronizing word in one-cluster automata. In: Diekert, V., Nowotka, D. (eds.) DLT 2009. LNCS, vol. 5583, pp. 81–90. Springer, Heidelberg (2009) CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Berlinkov, M.V.: Synchronizing quasi-eulerian and quasi-one-cluster automata. Int. J. Found. Comput. Sci. 24(6), 729–745 (2013)MathSciNetCrossRefMATH Berlinkov, M.V.: Synchronizing quasi-eulerian and quasi-one-cluster automata. Int. J. Found. Comput. Sci. 24(6), 729–745 (2013)MathSciNetCrossRefMATH
6.
Zurück zum Zitat Berlinkov, M.V.: On two algorithmic problems about synchronizing automata. In: Shur, A.M., Volkov, M.V. (eds.) DLT 2014. LNCS, vol. 8633, pp. 61–67. Springer, Heidelberg (2014) Berlinkov, M.V.: On two algorithmic problems about synchronizing automata. In: Shur, A.M., Volkov, M.V. (eds.) DLT 2014. LNCS, vol. 8633, pp. 61–67. Springer, Heidelberg (2014)
8.
Zurück zum Zitat Biskup, M.T.: Shortest synchronizing strings for huffman codes. In: Ochmański, E., Tyszkiewicz, J. (eds.) MFCS 2008. LNCS, vol. 5162, pp. 120–131. Springer, Heidelberg (2008) CrossRef Biskup, M.T.: Shortest synchronizing strings for huffman codes. In: Ochmański, E., Tyszkiewicz, J. (eds.) MFCS 2008. LNCS, vol. 5162, pp. 120–131. Springer, Heidelberg (2008) CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Biskup, M.T., Plandowski, W.: Shortest synchronizing strings for huffman codes. Theoret. Comput. Sci. 410(38–40), 3925–3941 (2009)MathSciNetCrossRefMATH Biskup, M.T., Plandowski, W.: Shortest synchronizing strings for huffman codes. Theoret. Comput. Sci. 410(38–40), 3925–3941 (2009)MathSciNetCrossRefMATH
10.
Zurück zum Zitat Carpi, A., D’Alessandro, F.: Independent sets of words and the synchronization problem. Adv. Appl. Math. 50(3), 339–355 (2013)MathSciNetCrossRefMATH Carpi, A., D’Alessandro, F.: Independent sets of words and the synchronization problem. Adv. Appl. Math. 50(3), 339–355 (2013)MathSciNetCrossRefMATH
11.
Zurück zum Zitat Carpi, A., D’Alessandro, F.: Černý-like problems for finite sets of words. In: Proceedings of the 15th Italian Conference on Theoretical Computer Science, Perugia, Italy, September 17–19, 2014. pp. 81–92 (2014) Carpi, A., D’Alessandro, F.: Černý-like problems for finite sets of words. In: Proceedings of the 15th Italian Conference on Theoretical Computer Science, Perugia, Italy, September 17–19, 2014. pp. 81–92 (2014)
12.
Zurück zum Zitat Černý, J.: Poznámka k homogénnym eksperimentom s konečnými automatami. Matematicko-fyzikálny Časopis Slovenskej Akadémie Vied 14(3), 208–216 (1964)MATH Černý, J.: Poznámka k homogénnym eksperimentom s konečnými automatami. Matematicko-fyzikálny Časopis Slovenskej Akadémie Vied 14(3), 208–216 (1964)MATH
13.
Zurück zum Zitat Dubuc, L.: Sur les automates circulaires et la conjecture de C̆erný. Informatique Théorique et Applications 32, 21–34 (1998)MathSciNet Dubuc, L.: Sur les automates circulaires et la conjecture de C̆erný. Informatique Théorique et Applications 32, 21–34 (1998)MathSciNet
15.
Zurück zum Zitat Gawrychowski, P., Straszak, D.: Strong inapproximability of the shortest reset word. In: Italiano, G.F., et al. (eds.) MFCS 2015, Part I, LNCS 9234, pp. 243–255. Springer, Heidelberg (2015) Gawrychowski, P., Straszak, D.: Strong inapproximability of the shortest reset word. In: Italiano, G.F., et al. (eds.) MFCS 2015, Part I, LNCS 9234, pp. 243–255. Springer, Heidelberg (2015)
16.
Zurück zum Zitat Gerbush, M., Heeringa, B.: Approximating minimum reset sequences. In: Domaratzki, M., Salomaa, K. (eds.) CIAA 2010. LNCS, vol. 6482, pp. 154–162. Springer, Heidelberg (2011) CrossRef Gerbush, M., Heeringa, B.: Approximating minimum reset sequences. In: Domaratzki, M., Salomaa, K. (eds.) CIAA 2010. LNCS, vol. 6482, pp. 154–162. Springer, Heidelberg (2011) CrossRef
17.
18.
Zurück zum Zitat Kari, J.: Synchronizing finite automata on Eulerian digraphs. Theoret. Comput. Sci. 295(1–3), 223–232 (2003)MathSciNetCrossRef Kari, J.: Synchronizing finite automata on Eulerian digraphs. Theoret. Comput. Sci. 295(1–3), 223–232 (2003)MathSciNetCrossRef
19.
Zurück zum Zitat Kari, J., Volkov, M.V.: Černý’s conjecture and the road coloring problem. In: Handbook of Automata. European Science Foundation (to appear) Kari, J., Volkov, M.V.: Černý’s conjecture and the road coloring problem. In: Handbook of Automata. European Science Foundation (to appear)
21.
Zurück zum Zitat Olschewski, J., Ummels, M.: The complexity of finding reset words in finite automata. In: Hliněný, P., Kučera, A. (eds.) MFCS 2010. LNCS, vol. 6281, pp. 568–579. Springer, Heidelberg (2010) CrossRef Olschewski, J., Ummels, M.: The complexity of finding reset words in finite automata. In: Hliněný, P., Kučera, A. (eds.) MFCS 2010. LNCS, vol. 6281, pp. 568–579. Springer, Heidelberg (2010) CrossRef
22.
Zurück zum Zitat Pin, J.E.: Utilisation de l’algèbre linéaire en théorie des automates. In: Act. Collouq. AFCET-SMF Math. Appl. II. pp. 85–92. AFCET (1978) Pin, J.E.: Utilisation de l’algèbre linéaire en théorie des automates. In: Act. Collouq. AFCET-SMF Math. Appl. II. pp. 85–92. AFCET (1978)
23.
Zurück zum Zitat Pin, J.E.: Sur un cas particulier de la conjecture de Černý. Automata, Languages and Programming. LNCS, pp. 345–352. Springer, Heidelberg (1978). in French CrossRef Pin, J.E.: Sur un cas particulier de la conjecture de Černý. Automata, Languages and Programming. LNCS, pp. 345–352. Springer, Heidelberg (1978). in French CrossRef
24.
Zurück zum Zitat Pin, J.E.: On two combinatorial problems arising from automata theory. In: Proceedings of the International Colloquium on Graph Theory and Combinatorics, vol. 75, pp. 535–548. North-Holland Mathematics Studies (1983) Pin, J.E.: On two combinatorial problems arising from automata theory. In: Proceedings of the International Colloquium on Graph Theory and Combinatorics, vol. 75, pp. 535–548. North-Holland Mathematics Studies (1983)
25.
Zurück zum Zitat Steinberg, B.: The averaging trick and the Černý conjecture. Int. J. Found. Comput. Sci. 22(7), 1697–1706 (2011)CrossRefMATH Steinberg, B.: The averaging trick and the Černý conjecture. Int. J. Found. Comput. Sci. 22(7), 1697–1706 (2011)CrossRefMATH
26.
Zurück zum Zitat Steinberg, B.: The Černý conjecture for one-cluster automata with prime length cycle. Theoret. Comput. Sci. 412(39), 5487–5491 (2011)MathSciNetCrossRefMATH Steinberg, B.: The Černý conjecture for one-cluster automata with prime length cycle. Theoret. Comput. Sci. 412(39), 5487–5491 (2011)MathSciNetCrossRefMATH
27.
Zurück zum Zitat Volkov, M.V.: Synchronizing automata and the Černý conjecture. In: Martín-Vide, C., Otto, F., Fernau, H. (eds.) LATA 2008. LNCS, vol. 5196, pp. 11–27. Springer, Heidelberg (2008) CrossRef Volkov, M.V.: Synchronizing automata and the Černý conjecture. In: Martín-Vide, C., Otto, F., Fernau, H. (eds.) LATA 2008. LNCS, vol. 5196, pp. 11–27. Springer, Heidelberg (2008) CrossRef
Metadaten
Titel
Algebraic Synchronization Criterion and Computing Reset Words
verfasst von
Mikhail Berlinkov
Marek Szykuła
Copyright-Jahr
2015
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-48057-1_8