Imperative characterization of sequential algorithms in general, primitive recursive or polynomial time

Les résultats de Colson ou de Moschovakis remettent en question que le modèle récursif primitif puisse calculer une valeur par tous les moyens possibles : il y a toutes les fonctions voulues mais il manque des algorithmes. La thèse de Church exprime donc plutôt ce qui peut être calculé que comment le calcul est fait. Nous utilisons la thèse de Gurevich formalisant l'idée intuitive d'algorithme séquentiel par les Abstract States Machines (ASMs).Nous représentons les programmes impératifs par le langage While de Jones, et une variante LoopC du langage de Meyer et Ritchie permettant de sortir d'une boucle lorsqu'une condition est remplie. Nous dirons qu'un langage caractérise une classe algorithmique si les modèles de calcul associés peuvent se simuler mutuellement, en utilisant une dilatation temporelle et un nombre borné de variables temporaires. Nous prouvons que les ASMs peuvent simuler While et LoopC, que si l'espace est primitif récursif alors LoopC est en temps récursif primitif, et que sa restriction LoopC_stat où les bornes des boucles ne peuvent être mises à jour est en temps polynomial. Réciproquement, une étape d'ASM peut être traduite par un programme sans boucle, qu'on peut répéter suffisamment en l'insérant dans un programme qui est dans While si la complexité est quelconque, dans LoopC si elle est récursif primitif, et dans LoopC_stat si elle est polynomiale.Ainsi While caractérise les algorithmes séquentiels en temps quelconque, LoopC ceux en temps et espace récursifs primitifs, et LoopC_stat ceux en temps polynomialColson and Moschovakis results cast doubt on the ability of the primitive recursive model to compute a value by any means possible : the model may be complete for functions but there is a lack of algorithms. So the Church thesis express more what can be computed than how the computation is done. We use Gurevich thesis to formalize the intuitive idea of sequential algorithm by the Abstract States Machines (ASMs).We formalize the imperative programs by Jones' While language, and a variation LoopC of Meyer and Ritchie's language allowing to exit a loop if some condition is fulfilled. We say that a language characterizes an algorithmic class if the associated models of computations can simulate each other using a temporal dilatation and a bounded number of temporary variables. We prove that the ASMs can simulate While and LoopC, that if the space is primitive recursive then LoopC is primitive recursive in time, and that its restriction LoopC_stat where the bounds of the loops cannot be updated is in polynomial time. Reciprocally, one step of an ASM can be translated into a program without loop, which can be repeated enough times if we insert it onto a program in While for a general complexity, in LoopC for a primitive recursive complexity, and in LoopC_stat for a polynomial complexity.So While characterizes the sequential algorithms, LoopC the algorithms in primitive recursive space and time, and LoopC_stat the polynomial time algorithm