The computational power of autonomous mobile robots under the Look-Compute-Move (LCM) model has been widely studied through an extensive hierarchy of robot models defined by the presence of memory, communication, and synchrony assumptions. While the general n-robot landscape has been largely established, the exact structure for two robots has remained unresolved. This paper presents the first complete characterization of the computational power of two autonomous robots across all major models, namely OBLOT, FSTA, FCOM, and LUMI, under the full spectrum of schedulers (FSYNCH, SSYNCH, ASYNCH, and their atomic variants). Our results reveal a landscape that fundamentally differs from the general case. Most notably, we prove that FSTA^F and LUMI^F coincide under full synchrony, a surprising collapse indicating that perfect synchrony can substitute both memory and communication when only two robots exist. We also show that FSTA and FCOM are orthogonal: there exists a problem solvable in the weakest communication model but impossible even in the strongest finite-state model, completing the bidirectional incomparability. All equivalence and separation results are derived through a novel simulation-free method, providing a unified and constructive view of the two-robot hierarchy. This yields the first complete and exact computational landscape for two robots, highlighting the intrinsic challenges of coordination at the minimal scale.


翻译:在LCM(观察-计算-移动)模型下,自主移动机器人的计算能力已通过一个由内存、通信和同步假设所定义的广泛机器人模型层次结构得到深入研究。尽管一般n机器人图景已基本确立,但双机器人的确切结构一直悬而未决。本文首次完整刻画了双自主机器人在所有主要模型(即OBLOT、FSTA、FCOM和LUMI)以及全谱调度器(FSYNCH、SSYNCH、ASYNCH及其原子变体)下的计算能力。我们的结果揭示了一个与一般情况根本不同的图景。最值得注意的是,我们证明了在完全同步下FSTA^F与LUMI^F重合,这一令人惊讶的坍缩表明,当仅存在两个机器人时,完美同步可以同时替代内存和通信。我们还证明了FSTA与FCOM是正交的:存在一个问题在最弱的通信模型中可解,但在最强的有限状态模型中甚至不可解,从而完成了双向不可比性。所有等价性与分离结果均通过一种新颖的无仿真方法导出,为双机器人层次结构提供了统一且构造性的视角。这首次给出了双机器人完整且精确的计算图景,凸显了最小规模下协调的内在挑战。

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