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D1-3:no-11约束定义

定义概述

no-11约束是二进制编码系统中的关键限制条件,要求编码序列中不能出现连续的"11"模式。该约束为φ-表示系统的构造提供基础。

形式化定义

定义1.3(no-11约束)

对于二进制编码系统,no-11约束定义为:

其中表示包含连续"11"子串的所有二进制串的集合:

三种等价表述

表述1:正则表达式形式

满足no-11约束的字符串集合可表示为:

表述2:递归生成规则

表述3:有限状态自动机

状态集合:

转移函数:

接受状态:

约束的基本性质

性质1.3.1(前缀封闭性)

no-11约束具有前缀封闭性:

性质1.3.2(扩展规则)

对于满足约束的字符串

  • 总是可以添加"0":
  • 仅当不以"1"结尾时可以添加"1":

性质1.3.3(计数序列)

长度为的满足no-11约束的字符串数量记为,其中是第个Fibonacci数:

递归关系:

性质1.3.4(信息容量)

no-11约束下的渐近信息容量为: 其中是黄金比例。

与φ-表示的关系

双射对应

存在双射映射:

其中Zeckendorf表示是使用非连续Fibonacci数的唯一表示法。

φ-编码函数

对于无"11"的二进制串

算法复杂性

验证算法

检验字符串是否满足no-11约束:

  • 时间复杂度
  • 空间复杂度

枚举算法

生成所有长度为的满足约束的字符串:

  • 时间复杂度
  • 空间复杂度

应用范围

no-11约束在以下场景中发挥作用:

  • 前缀码构造
  • 信息压缩算法
  • 自指系统的稳定编码
  • 黄金比例进制系统

符号约定

  • :字符串连接
  • :空字符串
  • :字符串的长度
  • :第个Fibonacci数

依赖关系

  • 基于:D1-2 (二进制表示定义)
  • 支持:D1-8 (φ-表示定义)

引用文件

  • 引理L1-4将证明no-11约束的最优性
  • 引理L1-5将证明Fibonacci结构的涌现
  • 定理T2-3将建立约束优化定理

形式化特征

  • 类型:定义 (Definition)
  • 编号:D1-3
  • 状态:完整形式化定义
  • 验证:符合严格定义标准

注记:本定义提供no-11约束的精确数学表述,所有最优性证明和必然性推导将在相应的引理和定理文件中完成。