Word equations are a crucial element in the theoretical foundation of constraint solving over strings. A word equation relates two words over string variables and constants. Its solution amounts to a function mapping variables to constant strings that equate the left and right hand sides of the equation. While the problem of solving word equations is decidable, the decidability of the problem of solving a word equation with a length constraint (i.e., a constraint relating the lengths of words in the word equation) has remained a long-standing open problem. We focus on the subclass of quadratic word equations, i.e., in which each variable occurs at most twice. We first show that the length abstractions of solutions to quadratic word equations are in general not Presburger-definable. We then describe a class of counter systems with Presburger transition relations which capture the length abstraction of a quadratic word equation with regular constraints. We provide an encoding of the effect of a simple loop of the counter systems in the existential theory of Presburger Arithmetic with divisibility (PAD). Since PAD is decidable (NP-hard and is in NEXP), we obtain a decision procedure for quadratic words equations with length constraints for which the associated counter system is flat (i.e., all nodes belong to at most one cycle). In particular, we show a decidability result (in fact, also an NP algorithm with a PAD oracle) for a recently proposed NP-complete fragment of word equations called regular-oriented word equations, when augmented with length constraints. We extend this decidability result (in fact, with a complexity upper bound of PSPACE with a PAD oracle) in the presence of regular constraints.


翻译:单词方程式是解决字符串限制的理论基础中的一个关键要素。 单方程式涉及字符串变量和常数之间的两个字。 其解决方案相当于一个函数映射变量到恒定字符串的变量, 使等式的左侧和右侧等同。 虽然解决单方程式的问题是可变的, 但用长度限制( 例如, 单方程式中单词长度的制约) 解决单方程式的问题仍然是长期存在的未决问题。 我们关注的是二次方字方程式的子类, 即每个变量最多出现两次。 我们首先显示, 二次方言方方方程式的解决方案的长度抽象性与恒定方字方程式的长度不同。 由于PADADAD的常规约束性, 我们PADADAD的常规约束是固定的平坦级, 而我们PDRADAF的排序则是固定的平流式格式。

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