问题
部分自动机:转移函数部分定义(某些 «状态-字母» 组合无转移)。careful 同步词:从任何状态出发都可读(不踩 «未定义»)且同步的词。完全自动机的 Černý 猜想(21 号)之外,部分自动机的落差更大:已知的一般界是指数级( «指数级界»:careful 同步词可能需要指数长——Martjugin 的下界构造),而 «经验上多数部分自动机的最短 careful 词是二次的»;«正确的界»( «多项式界?二次界?»)与 «指数例» 之间的断层是问题核心。「careful 同步化」的可判定性(对固定 n 的判定与最短 careful 词的界的计算)也整层开放。
主要概念
careful 同步与 «路径合法性»
部分自动机的 «同步» 有三档:careful(处处可读)、almost(几乎处处)、D(A)-同步( «可达处可读»)——三档的 «界» 各异:careful 的指数下界(Martjugin 2008:careful 词可需 2Θ(n) 长)、almost 的多项式界( «D(A)-同步» 的二次界经验)。 «careful» 的本质约束:词须 «避开» 所有的 «未定义路径»—— «路径集合» 的组合复杂性把 «界» 从二次推到指数。
指数下界的构造机制
Martjugin 的构造: «二进制计数器» 式的部分自动机—— «careful 词» 必须 «按序» 验证指数多个 «位模式»,任何 «跳跃» 会踩到未定义转移。构造的 «指数性» 是 «careful» 约束的本质还是 «构造的偶然»,是问题的核心分歧: «almost» 版的 «多项式性» 提示 «careful» 的指数性可能 «不本质»,但没有二次界证明。
主要命题与证明
命题 1(careful 同步化的指数下界,Martjugin 2008;陈述与机制) 存在 n 状态部分自动机,其最短 careful 同步词长 ≥ 2n−1−1(或同阶)。机制: «二进制验证链»——自动机的 «合法路径» 枚举 2n 个位串,careful 词必须逐位 «测试»。
机制说明 构造的核心是 «位串测试» 的 «部分性编码»:字母 «0» «1» 的转移只在 «当前位匹配» 时定义, «careful» 约束使词必须 «沿唯一合法路径» 行走——路径长由 «位串空间的直径» 决定。逐段验证见原文; «指数性来自约束而非自动机规模» 的直觉由此确立。□
命题 2(almost 同步的多项式界与二次经验;陈述) «almost 同步»(D(A)-同步: «可达状态集上可读»)的界是多项式(文献的 O(n³) 型界),经验数据强烈支持二次界; «careful 与 almost 的界差» 是 «约束代价» 的精确度量—— «careful ⟹ 指数» 与 «almost ⟹ 多项式» 的对比是部分自动机理论最锐利的不对称。
现状说明 «almost» 的多项式界证明用 «可达集的 «压缩» 计数»(Černý 式潜函数), «careful» 的 «路径合法性» 打破潜函数( «合法压缩» 可以 «很久不发生»)——与 21 号 «无压缩段» 的困难同源但更极端。□
命题 3(careful 同步化的可判定性;陈述) «给定部分自动机,判定其是否 careful 可同步» 的复杂度:PSPACE-完全(文献结果, «路径合法性» 的 «计划» 编码); «最短 careful 词的长度的计算» 相应高复杂度;固定 n 的 «二次界判定»( «是否所有 careful 可同步者都有二次 careful 词»)开放——它是 Černý 猜想在部分世界的 «指数级弱化» 版。
现状说明 PSPACE-完全性把 «判定» 与 «构造» 拉开(判定难、构造可能更难); «二次界判定» 的开放说明部分自动机连 «界的形状» 都未知——这是 21 号 «界已锁定在二次» 的完全对照。□
进展与文献
Martjugin 的 careful 下界(2008);Ito–Dudek 的部分自动机综述;Volkov 的 «synchronization under partiality» 系列;de Bondt–Doyen 等的 PSPACE 结果。开放核心:careful 界的 «真形状»(指数是否本质);almost 的二次界;careful 与 21 号的 «插值» ( «部分程度» 参数化的界谱)。