Partially ordered automata are automata where the transition relation induces a partial order on states. The expressive power of partially ordered automata is closely related to the expressivity of fragments of first-order logic on finite words or, equivalently, to the language classes of the levels of the Straubing-Th\'erien hierarchy. Several fragments (levels) have been intensively investigated under various names. For instance, the fragment of first-order formulae with a single existential block of quantifiers in prenex normal form is known as piecewise testable languages or $J$-trivial languages. These languages are characterized by confluent partially ordered DFAs or by complete, confluent, and self-loop-deterministic partially ordered NFAs (ptNFAs for short). In this paper, we study the complexity of basic questions for several types of partially ordered automata on finite words; namely, the questions of inclusion, equivalence, and ($k$-)piecewise testability. The lower-bound complexity boils down to the complexity of universality. The universality problem asks whether a system recognizes all words over its alphabet. For ptNFAs, the complexity of universality decreases if the alphabet is fixed, but it is open if the alphabet may grow with the number of states. We show that deciding universality for general ptNFAs is as hard as for general NFAs. Our proof is a novel and nontrivial extension of our recent construction for self-loop-deterministic partially ordered NFAs, a model strictly more expressive than ptNFAs. We provide a comprehensive picture of the complexities of the problems of inclusion, equivalence, and ($k$-)piecewise testability for the considered types of automata.


翻译:部分订购的自动数据是自动的, 过渡关系会给各州带来部分顺序。 部分订购的自动数据的表达力与有限单词或等效的Straubing- Th\\'erien等级等级中部分排列的第一阶逻辑的片段的表达性密切相关。 在各种名称下, 已经对几个部分排序的自动数据( 级别) 进行了密集调查。 例如, 先行公式的片段, 以先行形式显示一个单一的存在区块的量化方块, 以先行正常形式显示部分的状态。 部分排序的自动数据是可测试语言或$$$。 这些语言的特点是, 部分排列部分排序的DFA 或完整、 contluent和自loop- deterministical 部分排序NFA( 短调) 。 在本文中, 某些部分定义的自定义的自定义的自定义的自定义格式是普通版本( ) A 格式的版本, 其定义的版本是普通版本的版本的版本, 其格式显示的版本的版本的版本, 其格式是普通版本的版本的版本的版本的版本的版本的版本的版本的版本的版本。, 其定义的版本的版本的版本的版本的版本的版本的版本可能确认的版本的版本的版本的版本的版本的版本的版本的版本的版本。

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