Teoretická informatika - Úkol č.1

Podobné dokumenty
Vlastnosti regulárních jazyků

Automaty a gramatiky(bi-aag) Motivace. 1. Základní pojmy. 2 domácí úkoly po 6 bodech 3 testy za bodů celkem 40 bodů

Pumping lemma - podstata problému. Automaty a gramatiky(bi-aag) Pumping lemma - problem resolution. Pumping lemma - podstata problému

Množinu všech slov nad abecedou Σ značíme Σ * Množinu všech neprázdných slov Σ + Jazyk nad abecedou Σ je libovolná množina slov nad Σ

Formální jazyky a gramatiky Teorie programovacích jazyků

Bezkontextové jazyky. Bezkontextové jazyky 1 p.1/39

Základy teoretické informatiky Formální jazyky a automaty

Jednoznačné a nejednoznačné gramatiky

Bezkontextové jazyky 2/3. Bezkontextové jazyky 2 p.1/27

AUTOMATY A GRAMATIKY

Vztah jazyků Chomskeho hierarchie a jazyků TS

UČEBNÍ TEXTY VYSOKÝCH ŠKOL. Prof. RNDr. Milan Češka, CSc. Gramatiky a jazyky

doplněk, zřetězení, Kleeneho operaci a reverzi. Ukážeme ještě další operace s jazyky, na které je

Regulární výrazy. Definice Množina regulárních výrazů nad abecedou Σ, označovaná RE(Σ), je definována induktivně takto:

Teoretická informatika TIN 2013/2014

Turingovy stroje. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

Fakulta informačních technologií. Teoretická informatika

Teoretická informatika

Konstrukce relace. Postupně konstruujeme na množině všech stavů Q relace i,

Lineární algebra Kapitola 1 - Základní matematické pojmy

Kongruence na množině celých čísel

Konečný automat Teorie programovacích jazyků

Formální jazyky a automaty Petr Šimeček

Matematická analýza 1

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

Bezkontextové jazyky 3/3. Bezkontextové jazyky 3 p.1/27

Regulární výrazy. M. Kot, Z. Sawa (VŠB-TU Ostrava) Úvod do teoretické informatiky 14. března / 20

Z. Sawa (VŠB-TUO) Teoretická informatika 5. listopadu / 43

Vysoké učení technické v Brně Fakulta informačních technologií. Gramatiky nad volnými grupami Petr Blatný

Kapitola 6. LL gramatiky. 6.1 Definice LL(k) gramatik. Definice 6.3. Necht G = (N, Σ, P, S) je CFG, k 1 je celé číslo.

Výpočetní modely pro rozpoznávání bezkontextových jazyků zásobníkové automaty LL(k) a LR(k) analyzátory

Aritmetika s didaktikou I.

Součin matice A a čísla α definujeme jako matici αa = (d ij ) typu m n, kde d ij = αa ij pro libovolné indexy i, j.

Bezkontextové gramatiky nad volnými grupami

Teoretická informatika TIN

Cvičení 1. Úvod do teoretické informatiky(2014/2015) cvičení 1 1

Minimalizace KA - Úvod

Polynomy nad Z p Konstrukce faktorových okruhů modulo polynom. Alena Gollová, TIK Počítání modulo polynom 1/30

Lineární algebra : Skalární součin a ortogonalita

Úlohy nejmenších čtverců

Teorie množin. Čekají nás základní množinové operace kartézské součiny, relace zobrazení, operace. Teoretické základy informatiky.

Princip rozšíření a operace s fuzzy čísly

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od jara 2017

Lineární algebra : Lineární zobrazení

Martin Plicka. October 24, 2012

4 Počítání modulo polynom

Teoretická informatika

Shodná zobrazení. bodu B ležet na na zobrazené množině b. Proto otočíme kružnici b kolem

10 Přednáška ze

/1: Teoretická informatika(ti) přednáška 4

Definice 13.1 Kvadratická forma v n proměnných s koeficienty z tělesa T je výraz tvaru. Kvadratická forma v n proměnných je tak polynom n proměnných s

(4x) 5 + 7y = 14, (2y) 5 (3x) 7 = 74,

PŘEDNÁŠKA 7 Kongruence svazů

Bezkontextové jazyky. Bezkontextové jazyky 1 p.1/31

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Skalární součin. študenti MFF 15. augusta 2008

Vlastní číslo, vektor

Automaty a gramatiky(bi-aag) Formální překlady. 5. Překladové konečné automaty. h(ε) = ε, h(xa) = h(x)h(a), x, x T, a T.

Ekvivalence. Základy diskrétní matematiky, BI-ZDM ZS 2011/12, Lekce 5

Kapitola 1. Relace. podle definice podmnožinou každé množiny. 1 Neříkáme už ale, co to je objekt. V tom právě spočívá intuitivnost našeho přístupu.

Logika XI. RNDr. Kateřina Trlifajová PhD. Katedra teoretické informatiky Fakulta informačních technologíı BI-MLO, ZS 2011/12

Teorie množin. pro fajnšmekry - TeMno. Lenka Macálková BR Solutions Orličky. Lenka (Brkos 2010) TeMno

Lineární algebra : Vlastní čísla, vektory a diagonalizace

Naproti tomu gramatika je vlastně soupis pravidel, jak

Pro každé formule α, β, γ, δ platí: Pro každé formule α, β, γ platí: Poznámka: Platí právě tehdy, když je tautologie.

Matematická analýza pro informatiky I. Limita funkce

TOPOLOGIE A TEORIE KATEGORIÍ (2017/2018) 3. PREDNÁŠKA - KOMPAKTNÍ PROSTORY.

1 Determinanty a inverzní matice

Texty k přednáškám z MMAN3: 4. Funkce a zobrazení v euklidovských prostorech

KATEDRA INFORMATIKY UNIVERZITA PALACKÉHO ALGEBRA DAGMAR SKALSKÁ VÝVOJ TOHOTO UČEBNÍHO TEXTU JE SPOLUFINANCOVÁN

Každé formuli výrokového počtu přiřadíme hodnotu 0, půjde-li o formuli nepravdivou, a hodnotu 1, půjde-li. α neplatí. β je nutná podmínka pro α

2 Formální jazyky a gramatiky

Úlohy krajského kola kategorie A

Definice 4.1 Nechť (X, ) je svaz s nejmenším prvkem 0 a největším prvkem 1. Komplement prvku x X je každý prvek y, pro který platí. x y = 1, x y = 0.

Úvod do lineární algebry

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2015

Překladač sestrojující k regulárnímu výrazu ekvivalentní konečný automat Připomeňme si jednoznačnou gramatiku G pro jazyk RV({a, b})

Základy logiky a teorie množin

Syntaxí řízený překlad

Výroková logika. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

NAIVNÍ TEORIE MNOŽIN, okruh č. 5

Pojem relace patří mezi pojmy, které prostupují všemi částmi matematiky.

Jan Pavĺık. FSI VUT v Brně

Nechť M je množina. Zobrazení z M M do M se nazývá (binární) operace

5. Lokální, vázané a globální extrémy

1 Pravdivost formulí v interpretaci a daném ohodnocení

Syntaxí řízený překlad

Booleovy algebry. Irina Perfilieva. logo

Oproti definici ekvivalence jsme tedy pouze zaměnili symetričnost za antisymetričnost.

Základy teorie množin

3. Reálná čísla. většinou racionálních čísel. V analytických úvahách, které praktickým výpočtům

)(x 2 + 3x + 4),

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

Automaty a gramatiky

Matematická analýza III.

Jazyk matematiky Matematická logika Množinové operace Zobrazení Rozšířená číslená osa

5.3. Implicitní funkce a její derivace

Lineární algebra : Skalární součin a ortogonalita

Matematický ústav Slezské univerzity v Opavě Učební texty k přednášce ALGEBRA I, zimní semestr 2000/2001 Michal Marvan. 2.

Lineární algebra. Matice, operace s maticemi

1. Jordanův kanonický tvar

Transkript:

Teoretická informatika - Úkol č.1 Lukáš Sztefek, xsztef01 18. října 2012

Příklad 1 (a) Gramatika G 1 je čtveřice G 1 = (N, Σ, P, S) kde, N je konečná množina nonterminálních symbolů N = {A, B, C} Σ je konečná množina terminálních symbolů Σ = {a, b, c} P je konečná množina přepisovacích pravidel { S AbBC } A aab ɛ P = B bb ɛ C bcc ɛ SɛN je počáteční symbol gramatiky (b) Gramatika G 1 nemůže být podle Chomského chierarchie typu 3, protože obsahuje pravidla ve tvaru A ɛ, tedy generuje prázdný řetězěc. Gramatika je typu 2. Jazyk L 1 nemůže být podle Chomského chierarchie typu 3, protože neexistuje takový konečný automat, který by L 1 přijal. Existuje však zásobníkový automat, který jazyk příjme, a proto je typu 2. Typ gramatiky a jazyku se obecně lišit mohou. Gramatika typu X může generovat jazyky typu X a vyšších. Příklad 2 Část (a): 1. Převod RV RKA M (a) Rozklad zadaného regulárního výrazu vyjádříme stromem: (b) Převod stromu na konečný automat M: i. Regulárnímu výrazu r 7 = b přísluší automat N 1 : 2

ii. Regulárnímu výrazu r 6 = b přísluší automat N 2 : iii. Regulárnímu výrazu r 9 = a přísluší automat N 3 : iv. Regulárnímu výrazu r 10 = c přísluší automat N 4 : v. Regulárnímu výrazu r 8 = ac přísluší automat N 5 : vi. Automat pro r 4 je shodný s automatem pro r5, zkonstruujeme proto rovnou automat N 6 = (b + ac): vii. Regulárnímu výrazu r 2 = (b + ac) přísluší automat N 7 : viii. Regulárnímu výrazu r 13 = c přísluší automat N 8 : ix. Regulárnímu výrazu r 12 = a přísluší automat N 9 : x. Regulárnímu výrazu r 11 = c přísluší automat N 10 : xi. Regulárnímu výrazu r 3 = ac přísluší automat N 11 : 3

xii. Regulárnímu výrazu r 1 = (b + ac) ac přísluší automat N 12 : 2. Převod RKA M DKA M, podle Algoritmu 3.6 z opory předmětu TIN: A = ɛ-uz({1}) = {1, 2, 3, 6, 7, 9, 10, 11} a b c ɛ-uz({4, 17})={4, 12, 13, 15} = B ɛ-uz({8}) = {2, 3, 6, 7, 8, 9, 10, 11} = C B = {4, 12, 13, 15} ɛ-uz({ }) = D ɛ-uz({ }) = D C = {2, 3, 6, 7, 8, 9, 10, 11} ɛ-uz({4, 12}) = {4, 12, 13, 15} = B ɛ-uz({ }) = D D = = D = D = D E = {2, 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 13, 14, 15} ɛ-uz({4, 12}) = B ɛ-uz({8}) = C F = {13, 14, 15} ɛ-uz({ }) = D ɛ-uz({ }) = D ɛ-uz({ }) = D ɛ-uz({5, 14}) = {2, 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 13, 14, 15} = E ɛ-uz({ }) = D ɛ-uz({14}) = {13, 14, 15} = F ɛ-uz({14}) = {13, 14, 15} = F 4

Grafické znázornění DKA M : 3. DKA M redukovaný DKA M, kde L(M ) = L(M ): (a) Automat neobsahuje nedostupné stavy, tudíž není zapotřebí odstraňovat. (b) Automat je úplný, není nutno zůplňovat. (c) Sestrojíme iterativně relaci nerozlišitelnosti stavů: 0 a b c I { BE F E (I) F (I) F (I) II { AC D 5

1 a b c { I BF E (III) F (I) II { A III { E F (I) IV { D 2 a b c I { B D (V ) D (V ) E (IV ) II { F D (V ) D (V ) F (II) II { AC IV { E C (III) F (I) V { D D (V ) D (V ) D (V ) 6

Redukovaný DKA M v grafické podobě (pro přehlednost jsem přejmenoval stavy do tvaru napravo): 7

Část (b): K jednotlivým stavům redukovaného DKA M přiřadíme ekvivalenční třídy. Pro náš automat jich existuje pět: (a) L 1 (A) (b) L 1 (B) (c) L 1 (C) (d) L 1 (D) (e) L 1 (E) Cvičně jsem vytvořil ekvivalenční třídu popsanou RV pro (a) L 1 (A) pomocí rovnic s RV. Výsledek L 1 (A) = (b + (ac) + b) odpovídá příslušnému automatu. 8

Příklad 3 Zadaný KA M 3, který má být převeden na ekvivalentní RV, s pojmenovanými stavy: Soustava rovnic pro M 3 : (1) X = ax + ay (2) Y = bz + cx (3) Z = bx + ɛ Víme, že X = px + q nad RV je X = p q Řešení soustavy: 1. Dosazení Y do (1): X = ax + a(bz + cx) X = ax + abz + acx (distributivita) 2. Dosazení Z do předchozího výrazu: X = ax + acx + ab(bx + ɛ) X = ax + acx + abbx + abɛ (distributivita) X = ax + acx + abbx + ab (identita ɛ) X = (a + ac + abb)x + ab (Částečné vytknutí X) 3. Použijeme výše uvedenou rovnici z rámečku a tím získáme výsledný RV ekvivalentní s M 3 : X = (a + ac + abb) ab 9

Příklad 4 Vstupní automaty: KA M 1 = (Q 1, Σ 1, δ 1, q 1, F 1 ) KA M 2 = (Q 2, Σ 2, δ 2, q 2, F 2 ) Požadovaný výstup: KA M 3 takový, že L(M 3 ) = {w w L(M 1 ) w L(M 2 ) : w = w } Definice: M 3 = (Q 3, Σ 3, δ 3, q 3, F 3 ) kde: Q 3 = Q 1 Q 2 Σ 3 = Σ 1 δ 3 : q 1 1, q 2 1 Q 1, q 1 2, q 2 2 Q 2, a Σ 1 : (q 2 1, q 2 2) δ 3 ((q 1 1, q 1 2), a) b Σ 2 : q 2 1 δ 1 (q 1 1, a) q 2 2 δ 2 (q 1 2, b) q 3 = (q 1, q 2 ) F 3 = F 1 F 2 Příklad 5 Zadaný jazyk: L = {w w {a, b, c} # a (w) > # b (w) > # c (w)}, kde # x (w) je počet symbolů x ve slově w. Důkaz sporem: Předpokládejme, že L L 3 : Pak dle silnější PL platí: k > 0 : w L : w k x, y, z Σ : w = xyz 0 < y xy k i 0 : xy i z L Uvážíme libovolné k > 0 takové, že: w L : w k x, y, z Σ : w = xyz 0 < y xy k i 0 : xy i z L Zvolme w = c k b k+1 a k+2 L : w = 3k + 3 k Z výše uvedeného plyne: x, y, z Σ : c k b k+1 a k+2 = xyz 0 < y xy k i 0 : xy i z L Uvažme libovolné x, y, z Σ takové, že: c k b k+1 a k+2 = xyz 0 < y xy k i 0 : xy i z L Z výše uvedeného plyne, že: xy {c l 0 < l k} a současně z = c k l b k+1 a k+2 Ovšem zvolíme-li libovolné i > 2k, pak xy i z nebude mít počet symbolů b větší než počet symbolů c. Tedy xy i z / L, je SPOR. Jazyk L není regulární. 10

Příklad 6 Relace je ekvivalencí, pokud je zároveň reflexivní, symetrická a tranzitivní. Pokud pro relaci nerozlišitelnosti dokážeme 3 tyto vlastnosti, můžeme o ní prohlásit, že jde o ekvivalenci. Definice nerozlišitelnosti: Nechť M = (Q, Σ, δ, q 0, F ) je úplný deterministický KA. Říkame, že řetězec w Σ nerozlišuje stavy q 1, q 2 Q, když (q 1, w) M (q 3, ɛ) (q 2, w) M (q 4, ɛ) (q 3 F q 4 F ). Důkaz ekvivalence nerozlišitelnosti: reflexivní - q q: q q : (q, w) M (q 3, ɛ) (q, w) M (q 4, ɛ) (q 3 F q 4 F ) Pro DKA platí, že se z jednoho stavu dá s jedním konkrétním rětězcem dostat pouze do jednoho stejného stavu. Proto platí: q 3 = q 4 = q 1 a tedy: (q 1 F q 1 F ), což je vždy platná formule a relace je proto reflexivní. symetrická - q 1 q 2 q 2 q 1 : Předpoklad q 1 q 2 : Využijeme zde komutativity konjunkce a symetrie ekvivalence: (q 1, w) M (q 3, ɛ) (q 2, w) M (q 4, ɛ) (q 3 F q 4 F ) což lze přepsat do tvaru: (q 2, w) M (q 4, ɛ) (q 1, w) M (q 3, ɛ) (q 4 F q 3 F ) z čehož plyne: q 2 q 1 Relace je tedy symetrická. tranzitivní - q 1 q 3 q 3 q 5 q 1 q 5 což odpovídá výrazu: (q 1, w) M (q 2, ɛ) (q 3, w) M (q 4, ɛ) (q 2 F q 4 F ) (q 3, w) M (q 4, ɛ) (q 5, w) M (q 6, ɛ) (q 4 F q 6 F ) Díky definici tranzitivity ekvivalence platí: (q 2 F q 4 F ) (q 4 F q 6 F ) (q 2 F q 6 F ) Protože musí být všechny části konjunkce platné, musí být platné i výrazy: (q 1, w) M (q 2, ɛ) (q 5, w) M (q 6, ɛ) Složením 2 výše zmíněných výrazů dostáváme výraz : (q 1, w) M (q 2, ɛ) (q 5, w) M (q 6, ɛ) (q 2 F q 6 F ) z čehož plyne: q 1 q 5 Relace je tedy tranzitivní. Jelikož je relace nerozlišitelnosti stavu zároveň reflexivní, symetrická a tranzitivní, je to relace ekvivalence. 11