We propose and investigate a probabilistic model of sublinear-time one-dimensional cellular automata. In particular, we modify the model of ACA (which are cellular automata that accept if and only if all cells simultaneously accept) so that every cell changes its state not only dependent on the states it sees in its neighborhood but also on an unbiased coin toss of its own. The resulting model is dubbed probabilistic ACA (PACA). We consider one- and two-sided error versions of the model (in the same spirit as the classes $\mathsf{RP}$ and $\mathsf{BPP}$) and establish a separation between the classes of languages they can recognize all the way up to $o(\sqrt{n})$ time. As a consequence, we have a $\Omega(\sqrt{n})$ lower bound for derandomizing constant-time one-sided error PACAs (using deterministic ACAs). We also prove that derandomization of $T(n)$-time PACAs (to polynomial-time deterministic cellular automata) for various regimes of $T(n) = \omega(\log n)$ implies non-trivial derandomization results for the class $\mathsf{RP}$ (e.g., $\mathsf{P} = \mathsf{RP}$). The main contribution is an almost full characterization of the constant-time PACA classes: For one-sided error, the class equals that of the deterministic model; that is, constant-time one-sided error PACAs can be fully derandomized with only a constant multiplicative overhead in time complexity. As for two-sided error, we identify a natural class we call the linearly testable languages ($\mathsf{LLT}$) and prove that the languages decidable by constant-time two-sided error PACAs are "sandwiched" in-between the closure of $\mathsf{LLT}$ under union and intersection and the class of locally threshold testable languages ($\mathsf{LTT}$).


翻译:我们提议并调查一个亚线性、 单维细胞自动自动变数的概率模型 。 我们特别要修改 ACA 的模型( 即手机自动变数, 如果且只有所有单元格同时接受), 以便每个单元格改变其状态, 不仅取决于其周围所看到的状态, 也取决于一个不带偏见的硬币 。 由此产生的模型是被调用的概率 ACA (PAC) 。 我们考虑该模型的一面和两面错误版本( 与 $mathsf{RP} 一样) 和 $\ maths flormamatata} 模型( 如果所有单元格同时接受的话), 使每个单元格的状态都取决于 $(\ sqrt{n) 。 并且, 将一个自动变数( 确定 ARCA) 的自动变数( 美元) 和 自动变数( 自动变数) 的自动变数( 自动变数( ) 自动变数( ) 自动变数( ) 自动变数( ) 自动变数( ) 自动变数( 变数) 自动变数( ) 变数( 变数) 变数( 变数) 变数( ) 变数( ) 算) ) ) 。

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