A variety theorem without complementation

Jean-Éric Pin

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Résumé : L'outil le plus important pour la classification des langages reconnaissables est le théorème des variétés d'Eilenberg, qui donne une correspondance bijective entre variétés de semigroupes finis et variétés de langages reconnaissables. Les variétés de langages reconnaissables sont des classes de langages reconnaissables fermées par union, intersection, complément, quotients à droite et à gauche et morphismes inverses. Rappelons que l'on passe d'un langage à un semigroupe fini en calculant son semigroupe syntactique. Cependant, certaines classes de langages intéressantes, qui ne sont pourtant pas des variétés de langages, admettent une caractérisation syntactique. Le but de cet article est de montrer que ces exemples, loin d'être isolés, sont des exemples d'un résultat aussi général que le théorème d'Eilenberg. Du point de vue langages, on considère des variétés positives de langages, qui ont les mêmes propriétés que les variétés de langages, à l'exception du fait qu'elles ne sont pas nécessairement fermées par complément. Du point de vue algébrique, les variétés de semigroupes finis sont remplacées par des variétés de semigroupes ordonnés finis. Notre résultat principal affirme l'existence d'une correspondence bijective entre les variétés positives de langages d'une part, et les variétés de semigroupes ordonnés finis d'autre part.

Abstract : The most important tool for classifying recognizable languages is Eilenberg's variety theorem, which gives a one-to-one correspondence between (pseudo)- varieties of finite semigroups and varieties of recognizable languages. Varieties of recognizable languages are classes of recognizable languages closed under union, intersection, complement, left and right quotients and inverse morphisms. Recall that one passes from a language to a finite semigroup by computing its syntactic semigroup. However, certain interesting families of recognizable languages, which are not varieties of languages, also admit a syntactic characterization. The aim of this paper is to show that such results are not isolated, but are instances of a result as general as Eilenberg's theorem. On the language side, we consider positive varieties of languages, which have the same properties as varieties of languages except they are not supposed to be closed under complement. On the algebraic side, varieties of finite semigroups are replaced by varieties of finite ordered semigroups. Our main result states there is a one-to-one correspondence between positive varieties of languages and varieties of finite ordered semigroups.

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