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。