On the Expressive Power of Query Languages for Matrices

传递闭包 特征向量 计算机科学 表现力 基质(化学分析) 班级(哲学) 集合(抽象数据类型) 理论计算机科学 域代数上的 离散数学 数学 程序设计语言 纯数学 人工智能 物理 材料科学 量子力学 复合材料
作者
Robert Brijder,Floris Geerts,Jan Van den Bussche,Timmy Weerwag
出处
期刊:ACM Transactions on Database Systems [Association for Computing Machinery]
卷期号:44 (4): 1-31 被引量:13
标识
DOI:10.1145/3331445
摘要

We investigate the expressive power of MATLANG, a formal language for matrix manipulation based on common matrix operations and linear algebra. The language can be extended with the operation inv for inverting a matrix. In MATLANG + inv, we can compute the transitive closure of directed graphs, whereas we show that this is not possible without inversion. Indeed, we show that the basic language can be simulated in the relational algebra with arithmetic operations, grouping, and summation. We also consider an operation eigen for diagonalizing a matrix. It is defined such that for each eigenvalue a set of mutually orthogonal eigenvectors is returned that span the eigenspace of that eigenvalue. We show that inv can be expressed in MATLANG + eigen. We put forward the open question whether there are Boolean queries about matrices, or generic queries about graphs, expressible in MATLANG + eigen but not in MATLANG + inv. Finally, the evaluation problem for MATLANG + eigen is shown to be complete for the complexity class ∃ R.

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