Finite-state dimension, introduced early in this century as a finite-state version of Hausdorff dimension, is a quantitative measure of the lower asymptotic density of information in an infinite sequence over a finite alphabet, as perceived by finite automata. It is a robust concept with equivalent formulations in terms of finite-state gambling, finite-state data compression, finite-state prediction, entropy rates, and Kolmogorov complexity. The 1972 Schnorr-Stimm dichotomy theorem gave the first automata theoretic characterization of normal sequences, which had been studied in number theory since Borel defined them in 1909. This theorem implies, in present-day terminology, that a sequence is normal if and only if it has finite-state dimension 1. One of the most powerful classical tools for investigating normal numbers is the 1916 Weyl criterion, which characterizes normality in terms of exponential sums. These are well studied objects with connections to other aspects of analytic number theory, and this has made the Weyl criterion especially fruitful. This raises the question whether the Weyl criterion can be generalized from finite-state dimension 1 to arbitrary finite-state dimensions, thereby making it a quantitative tool for studying data compression, prediction, etc. This paper does exactly this. We extend the Weyl criterion to characterize every finite-state dimension. This turns out not to be routine - exponential sums may diverge for non-normal numbers. But we characterize finite state dimension in terms of the dimensions of subsequence limits of the exponential sums. If the exponential sums converge, they converge to the Fourier coefficients of a probability measure whose dimension is precisely the finite state dimension of the sequence. We illustrate some applications, including a new, Fourier analytic, proof of Schnorr and Stimm's landmark result.


翻译:本世纪初作为Hausdorf 维度的有限版本引入的Finite- State 维度,是量度测量在一定的自定义字母的无限序列中,信息在一定的自定义字母的无限序列中低的零点密度。这是一个强有力的概念,在限定的国家赌博、限定的国家数据压缩、有限的国家数据预测、恒温率和科尔莫戈洛夫复杂度方面具有等同的表述。1972年Schnorr-Stimm 对正序的两极分化给了正常序列的首次自定义自上而上,这是自1909年Borel 定义它们以来在数字理论中研究过的。在当今的术语中,这表示一个序列是正常的,如果它具有一定的自定义的自定义的自定义字母范围,那么一个最强大的典型工具是1916 Weyl 标准,以指数的正常度为特征。这些是它们与解算数字理论的其他方面的联系,这让Wyl的标准特别富有成果。这提出了这样一个问题:Wyl 标准的不具有非直径的自定义的自定义的自定义的直径直径值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值,它从从固定的自从固定的直为从固定的直值值值值值值值值值值值值值值值值值值的直到一个直到一个直到一个直为一个直到一个直到一个直为一个直为基数值。

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