Finite-state dimension, introduced early in this century as a finite-state version of classical 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. Finite-state dimension is a robust concept that now has equivalent formulations in terms of finite-state gambling, lossless finite-state data compression, finite-state prediction, entropy rates, and automatic Kolmogorov complexity. The Schnorr-Stimm dichotomy theorem gave the first automata-theoretic characterization of normal sequences, which had been studied in analytic number theory since Borel defined them. This theorem implies that a sequence (or a real number having this sequence as its base-b expansion) 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 Weyl criterion, which characterizes normality in terms of exponential sums. Such sums are well studied objects with many connections to other aspects of analytic number theory, and this has made use of Weyl criterion especially fruitful. This raises the question whether 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 from a characterization of sequences with finite-state dimension 1 to a criterion that characterizes every finite-state dimension. This turns out not to be a routine generalization of the original Weyl criterion. Even though exponential sums may diverge for non-normal numbers, finite-state dimension can be characterized in terms of the dimensions of the subsequence limits of the exponential sums. We demonstrate the utility of our criterion though examples.


翻译:本世纪初,作为古典Hausdorf 的有限版本,引入了Finite- State 维度,这是一个量化的尺度,用来测量在一定的自制字母上以无限顺序在一定的字母上以无限顺序研究的正常序列中的无源信息密度。Finite- State 维度是一个稳健的概念,现在在有限的国家赌博、无损的自控数据压缩、有限状态预测、恒温率和自动的科尔莫戈夫复杂度方面,具有等同的公式。Schnorr-Stimm 对正序进行分解,首次对正常序列的自制-理论性描述进行了例行的自制-理论性描述,自Borel以来,在对非定性数字理论进行了研究。这说明一个序列(或以这种序列作为基础-b扩展)是正常的。一个序列(或真正数字)如果它具有一定的自定状态维度,那么我们通常以Wyl 标准为标准, 直径的直径值的直径可追溯到非状态的物体。

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