Bridges for concatenation hierarchies

Jean-Éric Pin



Résumé : Dans les année soixante-dix, on a proposé différents schémas de classification pour les langages rationnels, basés sur l'utilisation alternée de certains opérateurs (union, complémentation, produit et étoile). Quelques trente ans plus tard, malgré des progrès sensibles, plusieurs des problèmes originaux sont toujours ouverts. De plus, leur importance s'est considérablement accrue au fil des découvertes successives de surprenantes connexions avec d'autres domaines tels que l'algèbre non commutative, la théorie des modèles finis, la complexité structurelle et la topologie. Dans cet article, on résout positivement une question, posée en 1985, relative aux hiérarchies de concaténation des langages rationnels, qui sont construites en alternant opérations booléennes et produit de concaténation. On établit une connexion algébrique simple entre la hiérarchie de Straubing-Thérien, dont le niveau de base est la variété triviale, et la hiérarchies des groupes, dont le niveau de base est la variétés des langages à groupe. En nous appuyant sur un résultat d'Almeida et Steinberg, nous réduisons les problèmes de décidabilité de la hiérarchie des groupes à une propriété plus forte que la décidabilité pour la hiérarchie de la hiérarchie de Straubing-Thérien.

Abstract : In the seventies, several classification schemes for the rational languages were proposed, based on the alternate use of certain operators (union, complementation, product and star). Some thirty years later, although much progress has been done, several of the original problems are still open. Furthermore, their significance has grown considerably over the years, on account of the successive discoveries of surprising links with other fields, like non commutative algebra, finite model theory, structural complexity and topology. In this article, we solve positively a question raised in 1985 about concatenation hierarchies of rational languages, which are constructed by alternating boolean operations and concatenation products. We establish a simple algebraic connection between the Straubing-Thérien hierarchy, whose basis is the trivial variety, and the group hierarchy, whose basis is the variety of group languages. Thanks to a recent result of Almeida and Steinberg, this reduces the decidability problem for the group hierarchy to a property stronger than decidability for the Straubing-Thérien hierarchy.

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