Context-free games on strings and nested words

Abstract

Kontextfreie Spiele sind ein formales Modell, welches in seiner einfachsten Form den Ableitungsmechanismus kontextfreier Grammatiken zu einem Spiel für zwei Spieler (genannt Juliet und Romeo) verallgemeinert; dabei wählt in einer gegebenen Satzform (d.h. einer Zeichenkette aus Terminal- und Nichtterminalsymbolen) jeweils Juliet ein zu ersetzendes Nichtterminalsymbol aus, worauf Romeo jeweils entsprechend den Ableitungsregeln entscheidet, wodurch dieses Nichtterminalsymbol ersetzt werden soll. Die Gewinnbedingung für Juliet in einem solchen Spiel ist das Erreichen einer Satzform aus einer gegebenen Zielsprache, wohingegen Romeo die Aufgabe hat, dies zu verhindern. Das zentrale algorithmische Problem in kontextfreien Spielen stellt die Frage, gegeben ein Spiel und eine initiale Satzform, ob Juliet in dem gegebenen Spiel auf der Satzform eine Gewinnstrategie hat. Die zentrale praktische Anwendung kontextfreier Spiele liegt in der Modellierung von Active XML-Dokumenten, d.h. XML-Dokumenten, die Referenzen auf externe Quellen enthalten, welche zur Laufzeit aufgerufen werden können um aktuelle Daten in das Dokument einzufügen. Vor diesem Hintergrund ist es sinnvoll, Erweiterungen der oben genannten kontextfreien Spiele auf verschachtelte Wörter zu betrachten, also auf XML-artige Linearisierungen von Bäumen in Zeichenketten. Weitere praktisch motivierte Verallgemeinerungen beinhalten unter anderem die Modellierung von syntaktischer oder semantischer Behandlung von Aufrufparametern beim Aufruf externer Referenzen. Ziel dieser Dissertation ist, einen weitgehend vollständigen Überblick über den aktuellen Stand der Forschung zu kontextfreien Spielen auf Zeichenketten und verschachtelten Wörtern zu liefern. Dazu liefert sie jeweils komplexitätstheoretische Klassifizierungen des Gewinnproblems (und verwandter Probleme) für diverse Varianten kontextfreie Spiele auf Zeichenketten und verschachtelten Wörtern und gibt einen Überblick über Beweismethoden und algorithmische Techniken zur Behandlung dieses Gewinnproblems. Als Teil dieser Betrachtung stellt sie darüber hinaus grundlegende Ergebnisse zu relevanten Automatenmodellen auf verschachtelten Wörtern dar, darunter Varianten von alternierenden Automaten und Transducern.