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Sequência automática

Uma sequência automática (ou k-sequência automática) é uma sequência infinita de termos caracterizado por um autômato finito. O enésimo termo da sequência é um mapeamento do estado final do autômato quando a sua entrada de n dígitos tem como base um valor fixo k. [1][2] Um conjunto k-automático é um conjunto não negativo de inteiros no qual cada sequência de valores é uma sequência automática de uma função característica, ou seja, um conjunto n da sequência pode ser determinado por um autômato finito de dígitos n na base k.[3][4]

Um autômato lendo dígitos de base k a partir da mais significante é chamado de leitura direta, e uma leitura a partir do menos significante é chamada de leitura reversa.[4] No entanto as duas direções conduzem a mais classes de sequências.[5]

Cada sequência automática é uma palavra mórfica.

Ponto de vista do autômato editar

Seja k um número inteiro positivo e D = (E, φ, e) seja um autômato determinístico onde

  • E é um conjunto finito de estados
  • φ : E×[0,k − 1] → E é um estado de transição
  •   é o estado inicial

E também seja A um conjunto finito, e π:E → A uma projeção em A. Estenda a função de transição φ de atuando em dígitos únicos para atuando em “string” de dígitos, definindo a ação de φ em uma string s de forma s1s2...st como:

Defina a função m a partir de um conjunto positivo de inteiro para o conjunto A na forma:

 

Onde, s(n) é n escrito na base k. Então a sequência m = m(1)m(2)m(3)... é chamada de uma k-sequência automática.

Substituição de pontos de vista editar

Seja σ um k-morfismo uniforme de monoide livre E∗ , então   e no qual é prolongável para  ,[6] ou seja, σ(e) começa com e. Seja A e π definido como acima. Então se w é um ponto fixo de σ, ou seja, w = σ(w), então m = π(w) é uma k-sequência automática sobre A[7]: esse é o teorema de Cobham.[2] Reciprocamente toda k-sequência automática é obtida desse modo.[4]

Dizimação editar

Para um k fixo e k > 1. Para uma sequência w, definimos uma k-dizimação de w para r=0,1,...,k-1 sendo uma subsequência consistindo em letras das posições congruentes a r mod k. O kernel da dizimação de w consiste em um conjunto de palavras obtidas por todas as possíveis dizimações repetições de w. Uma sequência é k-automática se, e somete se, o kernel da k-dizimação for finito.[8][9][10]

1-sequência automática editar

k-sequências automáticas são normalmente definidas apenas para k ≥ 2.[1] O conceito pode ser estendido para k = 1 definido uma 1-sequência automática sendo uma sequências na qual o enésimo termo depende da notação unária para n, que é (1)n. Como um autômato finito tem que retornar eventualmente para um estado já visitado, todas as 1-sequências automáticas são eventualmente periódicas.

Propriedades editar

Para uma dado k e r, um conjunto é k-automático se, e somente se, for kr-automático. Caso contrario, para h e k multiplicável independentemente, então um conjunto é h-automático e k-automático se, e somente se, for 1-automático, ou seja, for fundamentalmente periódico.[11]

Se u(n) é uma sequência k-automática então a sequência u(kn) e u(kn−1) são fundamentalmente periódicas.[12] Reciprocamente, se v(n) é fundamentalmente periódica então uma sequência u definida por u(kn) = v(n)) e caso contrário 0, é k-automática.[13]

Seja u(n) uma sequência k-automática sobre o alfabeto A. Se f é um morfismo uniforme de A∗ para B∗ então a palavra f(u) é uma k-sequência automática sobre o alfabeto B.[14]

Seja u(n) uma sequência sobre o alfabeto A e supondo que há uma função injetiva j de A para uma área finita Fq. Então a serie formal de potências associadas é : : 

A sequência u é q-automática se, e somente se, a serie de potencias fu for algébrica sobre o campo das funções racionais Fq(z).

Exemplos editar

As seguintes sequências são automáticas:

  • Sequência de Thue-Morse: Seja E = A = {0, 1}, e = 0, π = id e σ da forma que σ(0) = 01, σ(1) = 10; Pegando o ponto fixo 01101001100101101001011001101001..., que é de fato a palavras de Thue-Morse. O enésimo termo é a paridade da representação da base 2 de n e a sequência é 2-automática.[1][2][15][16] O 2-kernel consiste na própria sequência e seu complemento.[17] A serie de potencias associada T(z) satisfaz ::  sobre o campo F2(z).[18]
  • Sequência de Rudin–Shapiro[15][19]
  • Sequência de Baum–Sweet[20]
  • Sequência regular de dobragem de papel[16][21][22] e a genérica sequência de dobragem de papel com uma sequência periódica de dobras.[23]
  • A sequência de duplicação periódica, definida pela paridade das potencias de 2 dividindo por n; e o ponto fixo do morfismo 0 → 01, 1 → 00.[24]

Número real automático editar

Um número real automático é um numero real no qual a expansão da base b é uma sequência automática.[25][26] Tais números são racionais ou transcendentais, mas não são números-U. Números racionais são k-automáticos na base b para todo k e b.


References editar

  1. ↑ a b c Allouche & Shallit (2003) p.152
  2. ↑ a b c Berstel et al (2009) p.78
  3. ↑ Allouche & Shallit (2003) p.168
  4. ↑ a b c Pytheas Fogg (2002) p.13
  5. ↑ Pytheas Fogg (2002) p.15
  6. ↑ Allouche & Shallit (2003) p.212
  7. ↑ Allouche & Shallit (2003) p.175
  8. ↑ Allouche & Shallitt (2003) p.185
  9. ↑ Lothaire (2005) p.527
  10. ↑ Berstel & Reutenauer (2011) p.91
  11. ↑ Allouche & Shallit (2003) pp.345-350
  12. ↑ Lothaire (2005) p.529
  13. ↑ Berstel & Reutenauer (2011) p.103
  14. ↑ Lothaire (2005) p.532
  15. ↑ a b Lothaire (2005) p.525
  16. ↑ a b Berstel & Reutenauer (2011) p.92
  17. ↑ Lothaire (2005) p.528
  18. ↑ Berstel & Reutenauer (2011) p.94
  19. ↑ Allouche & Shallit (2003) p.154
  20. ↑ Allouche & Shallit (2003) p.156
  21. ↑ Allouche & Shallit (2003) p.155
  22. ↑ Lothaire (2005) p.526
  23. ↑ Allouche & Shallit (2003) p.183
  24. ↑ Allouche & Shallit (2003) p.176
  25. ↑ Shallitt (1999) p.556
  26. ↑ Allouche & Shallit (2003) p.379
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