On the expressive power of temporal logic for finite words

Joelle Cohen, Dominique Perrin et Jean-Éric Pin



Résumé : On étudie le pouvoir d'expression de la logique temporelle propositionnelle interprétée sur les mots finis. Nous donnons une preuve transparente du fait qu'un langage formel est expressible dans cette logique si et seulement si son semigroupe syntactique est fini et apériodique. Ceci donne un algorithme effectif pour décider si un langage rationnel donné est expressible dans cette logique. Notre résultat principal donne une condition similaire pour la logique temporelle "restreinte" (RTL), obtenue en laissant de côté l'opérateur Until. Un langage est exprimable dans la logique RTL si et seulement si son semigroupe syntactique est fini et vérifie une certaine condition algébrique simple. Ceci conduit à un algorithme polynomial pour tester si le langage accepté par un automate fini à n états est expressible en logique RTL.

Abstract : We study the expressive power of linear propositional temporal logic interpreted on finite sequences or words. We first give a transparent proof of the fact that a formal language is expressible in this logic if and only if its syntactic semigroup is finite and aperiodic. This gives an effective algorithm to decide whether a given rational language is expressible. Our main result states a similar condition for the "restricted" temporal logic (RTL), obtained by discarding the until operator. A formal language is RTL-expressible if and only if its syntactic semigroup is finite and satisfies a certain simple algebraic condition. This leads to a polynomial time algorithm to check whether the formal language accepted by an n-state deterministic automaton is RTL-expressible.

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