シフトスペース

記号力学および関連する数学分野においてシフト空間またはサブシフトとは、離散系の発展を表す無限 の集合である。実際、シフト空間と記号力学系はしばしば同義語とみなされる。最も広く研究されているシフト空間は、有限型のサブシフトとソフィックシフトである。

古典的な枠組み[1]において、シフト空間とはの任意の部分集合であり、は有限集合であり、ティコノフ位相に対して閉じており、並進不変である。より一般的には、シフト空間は の閉じた並進不変な部分集合として定義することができ、は任意の空でない集合であり、は任意のモノイドである[2] [3]

意味

モノイ​​ドし、 が与えられたとき、の積による演算を で表します。を の恒等式 で表します。離散位相 を持つ空でない集合(アルファベット)を考え、を で添字付けされたのすべてのパターンの集合 と定義します。と部分集合について、添字への の制限を で表します

において、ハウスドルフかつ全不連続な位相空間を形成するプロ離散位相を考える。 が有限である場合、 はコンパクトとなる。しかし、が有限でない場合、 は局所コンパクトでさえない。

この位相は、 が可算な場合のみ計量化可能であり、いずれにしても、この位相の基底は、次のように定義される開集合/閉集合(シリンダーと呼ばれる)の集合で構成される。 、 の有限集合が与えられ、各 に対して とおくによって与えられるシリンダーは、集合

のとき、でインデックスされたエントリにシンボルを固定するシリンダーを単にと表します

言い換えれば、円筒は有限パターンを含むすべての無限パターンの集合の集合です

が与えられたとき上のgシフト写像は で表され、次のように定義される。

アルファベット上のシフト空間は、 の位相で閉じられており、変換で不変である、つまりすべての に対して である集合です[注 1]シフト空間において、から誘導された位相を考えます。この位相では、シリンダー が基本開集合として存在します

各 に対して、 と を定義する。シフト空間を定義するのと同等の方法は、禁制パターンの集合を取り、シフト空間を集合として定義する ことである。

直感的に言えば、シフト空間はの禁制の有限パターンを含まないすべての無限パターンの集合です

シフトスペースの言語

シフト空間と有限の添え字集合 が与えられたとき、 とする。ここで は空語 を表し、は のシーケンスに現れるのすべての有限構成の集合とする。すなわち

はシフト空間なので、が の平行移動である場合、つまり、に対してが存在する場合、かつその場合に限り、 が存在する。言い換えれば、と は平行移動を法として同じ配置を含む。集合 を

言語。ここで述べた一般的な文脈では、シフト空間の言語は形式言語理論における言語と同じ意味を持たないが、アルファベットが有限であり、または通常の追加でであると考える古典的枠組みでは、シフト空間の言語は形式言語である。

古典的な枠組み

シフト空間の古典的な枠組みは、アルファベットを有限なものとし、通常の加算を伴う非負整数の集合 ( )、または通常の加算を伴うすべての整数の集合 ( ) と考えることから成ります。どちらの場合も、単位元は数 0 に対応します。さらに、 のとき、すべては数 1 から生成できるため、すべての に対してによって与えられる一意のシフト マップを考えれば十分です。一方、 のときは、すべては数 {-1, 1} から生成できるため、すべてに対してによって、また によって与えられる 2 つのシフト マップを考えれば十分です

さらに、 が、あるいは基数とは無関係に通常の加算で 、その代数構造により、 の形の円筒のみを考えれば十分である。

さらに、シフト空間の言語は 次のように与えられる。

ここで、andは空語を表し、

同様に、 の特別なケースでは、シフト空間を定義するために、の禁制語が定義されている のインデックスを指定する必要がないことが分かります。つまり、 と を考えるだけで済みます。

しかし、 の場合、 のインデックスを指定せずに上記のようにシフト空間を定義すると、 となるシフト写像を通して不変なシフト空間、つまり となるシフト空間を捉えることになります。実際、 となるシフト空間を定義するには、のどのインデックスから の単語が禁止されるかを指定する必要があります

特に、が有限であり である) という古典的な枠組み、または通常の追加により、 が有限である場合に限り が有限であることが証明され、これは、ある有限 に対して となるシフト空間としての有限型のシフトの古典的な定義につながります

シフトスペースの種類

いくつかのタイプのシフト空間の中で、最も広く研究されているのは有限タイプのシフトとソフィックシフトです。

アルファベットが有限の場合、となる禁制パターンの有限集合を取ることができるときシフト空間は有限型のシフトあり、 はスライディングブロックコード[1]の下で有限型のシフトの像であるとき(つまり、すべての -シフト写像 に対して連続かつ不変な写像 )、 はソフィックシフトである。が有限で または通常の加算で であるとき、 は正規言語である場合に限り、シフトはソフィックシフトである

「ソフィック」という名前は、ワイス(1973)が「有限」を意味するヘブライ語のסופיに基づいて作ったもので、有限性の性質の一般化であることを示しています。[4]

が無限大のとき、有限型のシフトをシフト空間として定義することができ、次のような禁制語の集合をとることができる。

は有限であり、である[3]この無限アルファベットの文脈では、ソフィックシフトは、特定のクラスのスライディングブロックコードの下での有限タイプのシフトの像として定義される。[3] の有限性とスライディングブロックコードの追加条件は、が有限である場合はいつでも自明に満たされる。

シフト空間上の位相力学系

シフト空間は、記号的動的システムが通常定義される位相空間です。

シフト空間-シフト マップが与えられれば、そのペアは位相的動的システムであることがわかります

2つのシフト空間 とが 位相共役(あるいは単に共役)であるとは、各-シフト写像に対して位相力学系とが位相共役となること、すなわち、となる 連続写像が存在することを指す。このような写像は、が一様連続であるときはいつでも、一般化スライディングブロック符号、あるいは単にスライディングブロック符号と呼ばれる[3]

からへの任意の連続写像は位相力学系 を定義するが、記号力学では、すべての- シフト写像と可換な連続写像、すなわち一般化スライディングブロックコードである写像のみを考慮するのが一般的である。この力学系は一般化セルオートマトン」(または が一様連続である場合は単にセルオートマトン)として知られている。

シフト空間(有限型)の最初の簡単な例は、フルシフト です。

とする。Aのすべての無限語のうち、最大で1つのbを含むものは、有限型ではなく、ソフィックな部分シフトである。Aのすべての無限語のうち、bが素数長のブロックを形成するものは、ソフィックではない(これはポンピング補題を用いて示せる)。

2文字の無限弦の空間はベルヌーイ過程と呼ばれる。これはカントール集合と同型である。

2 つの文字の文字列の双無限空間は、一般にベイカー マップとして知られており、ベイカー マップと準同型です。

参照

脚注

  1. ^ シフト空間を指す場合、単に「シフト」または「サブシフト」という表現が一般的です。しかし、一部の著者は、-シフト写像に対して不変である無限パターンの集合に対して「シフト」および「サブシフト」という用語を使用し、プロ離散位相に対しても閉じている無限パターンの集合に対しては「シフト空間」という用語を使用しています。

参考文献

  1. ^ ab ダグラス・A・リンド; ブライアン・マーカス (1995).シンボリックダイナミクスとコーディング入門. ケンブリッジ: ケンブリッジ大学出版局. ISBN 978-0-521-55900-3
  2. ^ Ceccherini-Silberstein, T.; Coornaert, M. (2010). セルオートマトンと群 Springer Monographs in Mathematics. Springer Monographs in Mathematics. Springer Verlag. doi :10.1007/978-3-642-14034-1. ISBN 978-3-642-14033-4
  3. ^ abcd Sobottka, Marcelo (2022年9月). 「シフト空間の分類に関するいくつかの注釈:有限型シフト、ソフィックシフト、有限定義シフト」.ブラジル数学会報. 新シリーズ. 53 (3): 981– 1031. arXiv : 2010.10595 . doi :10.1007/s00574-022-00292-x. ISSN  1678-7544. S2CID  254048586.
  4. ^ ワイス、ベンジャミン(1973)「有限型とソフィックシステムのサブシフト」、モナッシュ数学77(5):462-474doi:10.1007/bf01295322、MR  0340556、S2CID  123440583ワイスは新語と呼ぶ以外、この単語の起源については何も説明していないが、MathSciNet の査読者 RL Adler はヘブライ語起源であると述べている。

さらに読む

  • Ceccherini-Silberstein, T.; Coornaert, M. (2010).セルオートマトンと群 Springer Monographs in Mathematics . Springer Verlag. ISBN 978-3-642-14034-1
  • リンド、ダグラス、マ​​ーカス、ブライアン (1995). 『記号力学と符号化入門』 ケンブリッジ大学出版局 (ケンブリッジ、英国). ISBN 0-521-55900-6
  • ロテール, M. (2002). 「有限語と無限語」.語に関する代数的組合せ論. ケンブリッジ大学出版局. ISBN 0-521-81220-8. 2008年1月29日閲覧
  • モース、マーストンヘドランド、グスタフ A. (1938). 「記号力学」.アメリカ数学ジャーナル. 60 (4): 815– 866. doi :10.2307/2371264. JSTOR  2371264.
  • Sobottka, M. (2022). 「シフト空間の分類に関するいくつかの注釈:有限型のシフト、ソフィックシフト、そして有限定義シフト」.ブラジル数学会報. 新シリーズ. 53 (3): 981– 1031. arXiv : 2010.10595 . doi :10.1007/s00574-022-00292-x. S2CID  254048586.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Shift_space&oldid=1297179732"