Научная статья на тему 'О совместности систем символьных полиномиальных уравнений и их приложении'

О совместности систем символьных полиномиальных уравнений и их приложении Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
138
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НЕКОММУТАТИВНЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ / ПОЛИНОМИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ / ФОРМАЛЬНЫЙ СТЕПЕННОЙ РЯД / КОММУТАТИВНЫЙ ОБРАЗ / NON-COMMUTATIVE VARIABLES / POLYNOMIAL EQUATIONS / FORMAL POWER SERIES / COMMUTATIVE IMAGE

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Егорушкин Олег Игоревич, Колбасина Ирина Валерьевна, Сафонов Константин Владимирович

Разрабатываются подходы к решению систем некоммутативных полиномиальных уравнений, возникающих в математической теории языков и грамматик; системы решаются в виде формальных степенных рядов (ФСР), которые выражают символьные неизвестные через символьные параметры. Всякому ФСР поставлен в соответствие его коммутативный образ степенной ряд, который получается в предположении, что все символы обозначают коммутативные переменные, принимающие значения из поля комплексных чисел. Изучаются вопросы совместности системы некоммутативных символьных уравнений на основе исследования коммутативного образа этой системы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по математике , автор научной работы — Егорушкин Олег Игоревич, Колбасина Ирина Валерьевна, Сафонов Константин Владимирович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

On consistency of systems of symbolic polynomial equations and their application

Approaches to solving the systems of non-commutative polynomial equations in the form of formal power series are developed. The problems concerning the consistency of such a system are investigated on the base of the investigation of the commutative image of this system, which is obtained under the assumption that the symbols in the system denote variables taking values in the field of complex numbers and the operations in the system are commutative.

Текст научной работы на тему «О совместности систем символьных полиномиальных уравнений и их приложении»

ПРИКЛАДНАЯ ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА

ПРИЛОЖЕНИЕ Сентябрь 2016

Секция 7

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ И ПРОГРАММИРОВАНИЯ

9

УДК 519.682 Б01 10.17223/2226308Х/9/47

О СОВМЕСТНОСТИ СИСТЕМ СИМВОЛЬНЫХ ПОЛИНОМИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ И ИХ ПРИЛОЖЕНИИ

О. И. Егорушкин, И. В. Колбасина, К. В. Сафонов

Разрабатываются подходы к решению систем некоммутативных полиномиальных уравнений, возникающих в математической теории языков и грамматик; системы решаются в виде формальных степенных рядов (ФСР), которые выражают символьные неизвестные через символьные параметры. Всякому ФСР поставлен в соответствие его коммутативный образ — степенной ряд, который получается в предположении, что все символы обозначают коммутативные переменные, принимающие значения из поля комплексных чисел. Изучаются вопросы совместности системы некоммутативных символьных уравнений на основе исследования коммутативного образа этой системы.

Ключевые слова: некоммутативные переменные, полиномиальные уравнения, формальный степенной ряд, коммутативный образ.

Рассмотрим систему полиномиальных уравнений

Ру(г,х) = 0, з = 1 ,...,п, (1)

Ру (0, 0) = 0, з = 1,..., п, которая решается относительно символов г = (г1,..., гп) в виде формальных степенных рядов, зависящих от символов х = (х1,... , хт).

В математической теории языков и грамматик символы г1,... , гп, х1,... , хт интерпретируют как алфавит, над которым определена некоммутативная операция умножения (конкатенации) и коммутативная операция формальной суммы, кроме того, определена коммутативная операция умножения на комплексные числа, и потому можно рассматривать символьные многочлены и ФСР с числовыми (комплексными) коэффициентами. В теории формальных языков приложение систем уравнений (1) состоит в том, что они являются грамматиками, порождающими определённые классы контекстно-свободных языков, языков непосредственно составляющих, языков в нормальной форме Грейбах и др. [1, 2]. При этом символы х1,... ,хт называются терминальными и образуют словарь (алфавит) данного языка, а символы г1,..., гп называются нетерминальными и необходимы для задания грамматических правил; мономы являются предложениями (словами) языка, а ФСР, который является решением системы (1), рассматривают как порождённый грамматикой формальный язык, представляющий собой формальную сумму всех «правильных» предложений [1, 2].

Вопросы, связанные с решением символьных систем (1), изучены мало: основные трудности связаны с некоммутативностью умножения и отсутствием деления, препятствующих исключению неизвестных.

120

Прикладная дискретная математика. Приложение

Целью данной работы является получение условий разрешимости системы (1) в терминах коммутативного образа этой системы, который получается в предположении, что все переменные, входящие в систему, принимают значения из поля комплексных чисел.

Предположим, что все мономы от Х1,... , хт занумерованы в лексикографическом порядке по возрастанию степеней в последовательность {щ : г = 0,1,...}, играющую роль универсального базиса. Тогда каждый ряд в можно однозначно записать в виде разложения по этому базису с числовыми коэффициентами (в,^) при мономах

те

в =Е (в,Мг)Мг. (2)

г=0

Поставим в соответствие ФСР (2) его коммутативный образ о1(в) —степенной ряд, который получается из в в предположении, что символы Х1,... , хт обозначают коммутативные переменные, принимающие значения из поля комплексных чисел [3].

Обозначим г = г(х) = (^(х),..., гП(х)) решение системы (1), представленное ФСР.

Теорема 1. Если г = г(х) —решение некоммутативной системы уравнений (1) в виде символьных ФСР, то коммутативные ФСР г = е1(г(х)) над полем комплексных чисел сходятся в окрестности нуля, определяя ростки голоморфных алгебраических функций, и являются решением коммутативной системы уравнений

а(Р1(г,ж)) = ••• = а(РП(г,х)) = 0. (3)

Обратное утверждение, вообще говоря, неверно. Так, система уравнений г1 — г2 = = ж1ж2, ¿1 — = х2х1 несовместная, тогда как её коммутативный образ имеет бесконечно много решений: г1 = Ь + ж1ж2, г2 = Ь, где Ь — произвольный ФСР.

Подчеркнём, что совместность, т. е. наличие решения, понимается для некоммутативной системы (1) и коммутативной системы (3) по-разному: в первом случае решением являются символьные ФСР, а во втором — точки в Сп, параметризованные голоморфным в нуле алгебраическим отображением.

Теорему 1 можно сформулировать в эквивалентном виде.

Теорема 2. Если коммутативная система уравнений (3) несовместна, то и некоммутативная система (1) несовместна.

Таким образом, условия несовместности коммутативной системы уравнений также представляют интерес.

Известна теорема: если для якобиана системы голоморфных функций е1(Р1(г,ж)), ..., е1(Рга(г, ж)) имеет место тождество

•д ну.*)» ^, о,

то система уравнений (3) при каждом ж либо не имеет решения в пространстве С либо все её решения в этом пространстве неизолированные [4, с. 39].

Покажем, что для некоммутативных систем уравнений (1) подобная альтернатива (решений нет либо решений бесконечно много) не имеет места.

Пример. Рассмотрим систему, состоящую из двух одинаковых уравнений:

ж1г1 + х2 г2 — х1х2 — х2х1 = 0.

Математические основы информатики и программирования

121

Коммутативный образ этой системы имеет якобиан, тождественно равный нулю, и неизолированные решения.

Тем не менее исходная система некоммутативных уравнений имеет единственное решение. В самом деле, записав уравнение в виде x1(z1 — x2) — x2(z2 — x\) = 0, получим, что первое слагаемое принадлежит левостороннему идеалу, порождённому x1, а второе — левостороннему идеалу, порождённому x2. Очевидно, что сумма этих слагаемых может быть равна нулю только в случае, когда равны нулю оба слагаемых: zi — x2 = 0, z2 — x1 = 0, следовательно, исходная система уравнений имеет единственное решение z1 = x2, z2 = x1.

Далее, можно показать, что одно символьное полиномиальное уравнение может 1) не иметь решений; 2) иметь конечное число решений; 3) иметь бесконечно много решений, что принципиально отличается от свойств уравнений с комплексными переменными.

Более подробно указанные вопросы изложены в работе [5].

ЛИТЕРАТУРА

1. Глушков В. М., Цейтлин Г. Е., Ющенко Е. Л. Алгебра. Языки. Программирование. Киев: Наукова думка, 1973.

2. Salomaa A. and Soitolla M. Automata-Theoretic Aspects of Formal Power Series. N.Y.: Springer Verlag, 1978.

3. Семенов А. Л. Алгоритмические проблемы для степенных рядов и контекстно-свободных грамматик // Доклады АН СССР. 1973. №212. С. 50-52.

4. Айзенберг Л. А., Южаков А. П. Интегральные представления и вычеты в многомерном комплексном анализе. Новосибирск: Наука, 1979.

5. Egorushkin O. I., Kolbasina I. V., and Safonov K. V. On solvability of systems of symbolic polynomial equations //J. Siberian Federal University. Mathematics and Physics. 2016. No. 2(9). P. 166-172.

УДК 004.4'422 DOI 10.17223/2226308X/9/48

ТРАНСЛЯТОР ЯЗЫКА ЛЯПАС-Т НА ЯЗЫК АССЕМБЛЕРА ДЛЯ ОС WINDOWS И LINUX

В. Н. Князев, М. С. Князева

Представлены результаты по созданию транслятора с языка ЛЯПАС-Т на язык ассемблера fasm. Цель разработки — популяризация ЛЯПАСа как претендента на роль национального языка программирования для создания доверенных программ и построения защищённых компьютерных систем. Для написания транслятора использовались генераторы лексических и синтаксических анализаторов flex и Bison в целях приведения грамматики ЛЯПАСа к общепринятому виду и получения эффективного LALR-анализатора.

Ключевые слова: ЛЯПАС-Т, транслятор, компьютерная безопасность, программирование.

ЛЯПАС — русский язык программирования, возрождаемый Томским государственным университетом (ТГУ) в целях создания доверенного программного обеспечения и защищённых компьютерных систем [1, 2]. Учитывая масштабы этих целей, считаем важным создание и распространение свободного транслятора с ЛЯПАСа для современных операционных систем (ОС). Это необходимо для обучения программи-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.