The word problem of a finitely generated group is commonly defined to be a formal language over a finite generating set. The class of finite groups has been characterised as the class of finitely generated groups that have word problem decidable by a finite state automaton. We give a natural generalisation of the notion of word problem from finitely generated groups to finitely generated semigroups by considering relations of strings. We characterise the class of finite semigroups by the class of finitely generated semigroups whose word problem is decidable by finite state automata. We then examine the class of semigroups with word problem decidable by asynchronous two tape finite state automata. Algebraic properties of semigroups in this class are considered, towards an algebraic characterisation. We take the next natural step to further extend the classes of semigroups under consideration to semigroups that have word problem decidable by a finite collection of asynchronous automata working independently. A central tool used in the derivation of structural results are so-called iteration lemmas. We define a hierarchy of the considered classes of semigroups and connect our original results with previous research.

Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1982. / Typescript. Vita. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references (leaves 148-150).

Let Zp be the ring of p-adic integers and Ep be the map x-->exp(px) where exp denotes the exponential map determined by the usual power series. It defines an exponential ring (Zp, + , . , 0, 1, Ep). The goal of the thesis is to study the model theory of this structure. In particular, we are interested by the question of the decidability of this theory. The main theorem of the thesis is: Theorem: If the p-adic Schanuel's conjecture is true, then the theory of (Zp, + , . , 0, 1, Ep) is decidable. The proof involves: 1- A result of effective model-completeness (chapters 3 and 4): If F is a family of restricted analytic functions (i.e. power series with coefficients in the valuation ring and convergent on Zp) closed under decomposition functions and such that the set of terms in the language LF= (+, . , 0, 1, f; f in F) is closed under derivation, then we prove that the theory of Zp in the language LF is model-complete. And furthermore, if each term of LF has an effective Weierstrass bound, then the model-completeness is effective. 2- A resolution of the decision problem for existential formulas (assuming Schanuel's conjecture) in chapter 5. We also consider the problem of the decidability of the structure (Op, + , . , 0, 1, |, E_p) where Op denotes the valuation ring of Cp. We give a positive answer to this question assuming the p-adic Schanuel's conjecture.

Neste trabalho, estudamos algumas formas de combinar sistemas de Lógica Modal, analisando quando a combinação preserva propriedades como correção, completude e decidibilidade. Estendemos um estudo já realizado sobre combinações de sistemas de Lógica Modal Normal para sistemas de Lógica Modal Não-normal. O principal resultado deste trabalho é a preservação de completude da aplicação externa de um sistema de Lógica Modal Não-normal M em um sistema lógico L. Outro resultado importante é um exemplo de interação forte na combinação independente, ou fusão, de dois sistemas de Lógica Modal Não-normal. / In this work, we study a few ways of combining Modal Logic systems, analysing when the combination preserves properties like soundness, completeness and decidability. We extend a study of the combination of Normal Modal Logic systems to Non-normal Modal Logic systems. The main result of this work is the completeness preservation in the external application of a Non-normal Modal Logic system M to a logic system L. Another important result is an example of strong interations arising in the fusion of two Non-normal Modal Logic system.

Neste trabalho, estudamos algumas formas de combinar sistemas de Lógica Modal, analisando quando a combinação preserva propriedades como correção, completude e decidibilidade. Estendemos um estudo já realizado sobre combinações de sistemas de Lógica Modal Normal para sistemas de Lógica Modal Não-normal. O principal resultado deste trabalho é a preservação de completude da aplicação externa de um sistema de Lógica Modal Não-normal M em um sistema lógico L. Outro resultado importante é um exemplo de interação forte na combinação independente, ou fusão, de dois sistemas de Lógica Modal Não-normal. / In this work, we study a few ways of combining Modal Logic systems, analysing when the combination preserves properties like soundness, completeness and decidability. We extend a study of the combination of Normal Modal Logic systems to Non-normal Modal Logic systems. The main result of this work is the completeness preservation in the external application of a Non-normal Modal Logic system M to a logic system L. Another important result is an example of strong interations arising in the fusion of two Non-normal Modal Logic system.

Les problèmes traités et les résultats obtenus dans ce travail s'inscrivent essentiellement dans le domaine de la théorie des automates, la logique mathématique et leurs applications. Dans un premier temps on utilise les automates finis pour démontrer l'automaticité de plusieurs structures logiques sur des mots finis écrits dans un alphabet infini dénombrable. Ceci nous permet de déduire la décidabilité des théories logiques associées à ces structures. On a considéré par exemple la structure $X=(Sigma^*;prec,clone)$ où $Sigma^*$ désigne l'ensemble des mots finis sur l'alphabet infini dénombrable $Sigma$, $prec$ désigne la relation de préfixe et $clone$ désigne le prédicat qui est vrai pour un mot se terminant par deux lettres identiques. On a démontré l'automaticité de la structure $X$ et la décidabilité de sa théorie du premier ordre et de sa théorie monadique du second ordre. On a aussi considéré des extensions de la structure $X$ obtenues en ajoutant des prédicats comme $sim$ qui est vrai pour deux mots de même longueur. Nous avons en particulier démontré la $M$-automaticité de la structure $(Sigma^*;prec,clone,sim)$, d'où la décidabilité de sa théorie du premier ordre. On a par ailleurs étudié des structures qui comportent le prédicat $diff$ qui est vrai pour un mot dont les lettres sont toutes distinctes. En particulier on a démontré l'automaticité de la structure $D=(Sigma^*;prec,clone,diff)$ et la décidabilité de sa théorie du premier ordre et de sa théorie monadique du second ordre. On a également obtenu, par interprétation logique, des résultats de décidabilité et des résultats d'indécidabilité pour plusieurs variantes des structures $X$ et $D$, ainsi que pour des familles de structures appelées emph{structure d'applications exclusives} et emph{structure de décomposition}.Dans un deuxième temps on s'est intéressé au problème de la réduction du nombre de transitions dans les automates finis. On a commencé par étendre le concept de emph{Common Follow Sets} d'une expression régulière aux automates finis homogènes. On a montré comment établir une liaison assez directe entre des systèmes de CFS spécifiques et les arbres binaires complets. Ce lien est prouvé en utilisant un objet combinatoire appelé emph{triangle d'Ératosthène - Pascal}. Cette correspondance permet de transformer la valeur qui nous intéresse (le nombre de transitions) en une valeur assez naturelle associée aux arbres (le poids d'un arbre). En effet, construire un automate ayant un minimum de transitions revient à trouver un arbre de poids minimal. On a montré, d'une part, que ce nombre de transitions est asymptotiquement équivalent à $n(log_2 n)^2$ (la borne inférieure). D'autre part, les tests expérimentaux montrent que pour les petites valeurs de $n$, les automates minimaux en nombre de transitions coïncident (en nombre et en taille) avec ceux obtenus par notre construction. Cela nous mène à suggérer que notre réduction est finalement une minimisation pour les automates triangulaires. Dans un dernier temps on a présenté une étude expérimentale concernant l'application des automates à trous dans le domaine de la recherche approchée de motif dans les dictionnaires de mots. Contrairement aux complexités théoriques, temps de recherche et espace de stockage exponentiels, nos expérimentations montrent la linéarité de l'automate à trous / This work deals mainly with automata theory, mathematical logic and their applications. In the first part, we use finite automata to prove the automaticity of several logical structures over finite words written in a countable infinite alphabet. These structures involve predicates like $pred$, $clone$ and $diff$, where $x pred y$ holds if $x$ is a strict prefix of $y$, $clone(x)$ holds when the two last letters of $x$ are equal, and $diff(x)$ holds when all letters of $x$ are pairwise distinct. The automaticity results allow to deduce the decidability of logical theories associated with these structures. Other related decidability/undecidability results are obtained by logical interpretation. In the second part, we generalize the concept of Common Follow Sets of a regular expression to homogeneous finite automata. Based on this concept and a particular class of binary trees, we devise an efficient algorithm to reduce/minimize the number of transitions of triangular automata. On the one hand, we prove that the produced reduced automaton is asymptotically minimal, in the sense that for an automaton with $n$ states, the number of transitions in the reduced automaton is equivalent to $n(log_2 n)^2$ , which corresponds at the same time to the upper and the lower known bounds. On the other hand, experiments reveal that for small values of $n$, all minimal automata are exactly those obtained by our reduction, which lead us to conjecture that our construction is not only a reduction but a minimization. In the last part, we present an experimental study on the use of special automata on partial words for the approximate pattern matching problem in dictionaries. Despite exponential theoretical time and space upper bounds, our experiments show that, in many practical cases, these automata have a linear size and allow a linear search time

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Les systèmes digitaux jouent un rôle croissant dans le bon fonctionnement de notre société.Au delà de la grande diversité de leur domaines d'utilisations, on confie aujourd'hui destâches importantes à des algorithmes. Déjà largement utilisés dans des domaines aussi délicatque le transport, la chirurgie ou l'économie, il est aujourd'hui de plus en plus question defaire de la place aux systèmes digitaux dans les domaines sociaux et politiques :vote électronique, algorithmes de sélection, profilage électoraldotsPour les tâches confiées à des algorithmes, la responsabilité est déplacées de l'exécutantvers les concepteurs, développeurs et testeurs de ces algorithmes. Il incombe aussi auxchercheurs qui étudient ces algorithmes de proposer des techniques de vérifications fiablequi pourront être utilisées à tous les niveaux : conception, développement et test.Les méthodes de vérifications formelles donnent des outils mathématiques pourprévenir des erreurs à chaque niveaux. Parmi elle, le diagnostic d'erreur consiste en lacréation d'un diagnostiqueur basé sur un modèle formel du système à vérifier.Le diagnostiqueur est exécuté en parallèle du système qu'il doit surveiller et prévientun contrôleur si il détecte un comportement dangereux du système.Pour les systèmes modélisés par des automates temporisés, il n'est pas toujours possiblede construire un diagnostiqueur sous la forme d'un autre automate temporisé. En effetles automates temporisés, introduits par cite{AD94} dans les années 90 et largementétudiés et utilisés depuis pour modéliser des systèmes avec contraintes temporelles,ne sont pas déterminisable. Une machine plus puissante qu'un automate temporisé peutcependant être utilisée pour construire le diagnostiqueur d'un automate temporisé commele montre cite{Tripakis02}. L'aboutissement de ce travail de thèse est la constructionautomatique d'un diagnostiqueur pour les automates temporisés à une horloge.Ce diagnostiqueur, dans le même esprit que celui de cite{Tripakis02}, est une machineplus puissante qu'un automate temporisé. La partie~I du manuscrit introduit un cadreformel pour ce type de machine et plus généralement pour la modélisation et ladéterminisation de systèmes quantitatifs. Y est introduit le modèle des automates surstructures temporisés, qui apporte un nouveau point de vue sur la manière de modéliserles systèmes avec variables quantitatives. La partie~II étudie le problème de ladéterminisation des automates sur structures temporises, et plus spécifiquement celuides automates temporisés qui peuvent se traduire dans ce cadre nouveau cadre formel.La partie~III montre comment utiliser les automates sur structure temporisés pourconstruire de manière générique un diagnostiqueur pour les automate temporisés à unehorloge. Cette technique est implémentée dans un outils, DOTA , et comparée à lamachine construite par cite{Tripakis02}. / Digital system are now part of our society. They are used in a wide range of domainsand in particular they have to handle delicate tasks. Already used in domainssuch as transportation, surgery or economy, we speak now of using digital systemsfor social or political matters : electronic vote, selection algorithms, electoralprofilingdots For task handled by algorithm, the responsibility is moved from theexecutioner to the designer, developer and tester of those algorithms. It is alsothe responsibility of computer scientists who study those algorithms to proposereliable techniques of verification which will be applicable in the design, thedevelopment or the testing phase. Formal verification methods provide mathematicaltools to prevent executions error in all phases. Among them, fault-diagnosis consiston the construction of a diagnoser based on a formal model of the system we aim tocheck. The diagnoser runs in parallel with the real system and emit a warning anytime it detect a dangerous behavior. For systems modeled by timed automata, it isnot always possible to construct a timed automaton to diagnose it. Indeed timed automata,introduce in the nineties by cite{AD94} and widely studied and used since to modeltimed systems, are not determinizable. A machine, more powerful than a timed automaton,can still be used to construct the diagnoser of a timed automaton as it is done incite{Tripakis02}. This thesis work aim at constructing a diagnoser for any one-clocktimed automata. This diagnoser is constructed with the help of a machine more powerfulthan timed automata, following the idea of cite{Tripakis02}. Part~I of this thesisintroduce a formal framework for the modeling of quantitative systems and the study oftheir determinization. In this framework we introduce automata on timed structures,the model used to construct the diagnoser. Part~II study the determinization problemof automata on timed structures, and particularly the one of timed automatadeterminization in this framework. Part~III illustrate how automata on timed structurescan be used to construct in a generic way a diagnoser for one clock timed automata.This technique is implemented in a tool, DOTA , and is compared to the technique usedin cite{Tripakis02}.

À mesure que le nombre d’objets capables de communiquer croît, le besoin de sécuriser leurs interactions également. La conception des protocoles cryptographiques nécessaires pour cela est une tâche notoirement complexe et fréquemment sujette aux erreurs humaines. La vérification formelle de protocoles entend offrir des méthodes automatiques et exactes pour s’assurer de leur sécurité. Nous nous intéressons en particulier aux méthodes de vérification automatique des propriétés d’équivalence pour de tels protocoles dans le modèle symbolique et pour un nombre non borné de sessions. Les propriétés d’équivalences ont naturellement employées pour s’assurer, par exemple, de l’anonymat du vote électronique ou de la non-traçabilité des passeports électroniques. Parce que la vérification de propriétés d’équivalence est un problème complexe, nous proposons dans un premier temps deux méthodes pour en simplifier la vérification : tout d’abord une méthode pour supprimer l’utilisation des nonces dans un protocole tout en préservant la correction de la vérification automatique; puis nous démontrons un résultat de typage qui permet de restreindre l’espace de recherche d’attaques sans pour autant affecter le pouvoir de l’attaquant. Dans un second temps nous exposons trois classes de protocoles pour lesquelles la vérification de l’équivalence dans le modèle symbolique est décidable. Ces classes bénéficient des méthodes de simplification présentées plus tôt et permettent d’étudier automatiquement des protocoles taggués, avec ou sans nonces, ou encore des protocoles ping-pong. / As the number of devices able to communicate grows, so does the need to secure their interactions. The design of cryptographic protocols is a difficult task and prone to human errors. Formal verification of such protocols offers a way to automatically and exactly prove their security. In particular, we focus on automated verification methods to prove the equivalence of cryptographic protocols for a un-bounded number of sessions. This kind of property naturally arises when dealing with the anonymity of electronic votingor the untracability of electronic passports. Because the verification of equivalence properties is a complex issue, we first propose two methods to simplify it: first we design a transformation on protocols to delete any nonce while maintaining the soundness of equivalence checking; then we prove a typing result which decreases the search space for attacks without affecting the power of the attacker. Finally, we describe three classes of protocols for which equivalence is decidable in the symbolic model. These classes benefit from the simplification results stated earlier and enable us to automatically analyze tagged protocols with or without nonces, as well as ping-pong protocols.

In this paper we study the hierarchical structure of the 2-d polyominoes. We introduce a new infinite family of polyominoes which we prove tiles a strip. We discuss applications of algebra to tiling. We discuss the algorithmic decidability of tiling the infinite plane Z x Z given a finite set of polyominoes. We will then discuss tiling with rectangles. We will then get some new, and some analogous results concerning the possible hierarchical structure for the 3-d polycubes.