Главная » Просмотр файлов » 1610906232-7ba7dbaea13262b50a6029d682cb7f1b

1610906232-7ba7dbaea13262b50a6029d682cb7f1b (824370), страница 18

Файл №824370 1610906232-7ba7dbaea13262b50a6029d682cb7f1b (Elements of Theory of Computation 2ed Lewis Papadimitriou) 18 страница1610906232-7ba7dbaea13262b50a6029d682cb7f1b (824370) страница 182021-01-17СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

That is, R(i,j, k) is the set of strings spelled by all paths from qi to qj ofrank k (recall the similar maneuver in the computation of the reflexive-transitive80Chapter 2: FINITE AUTOMATAclosure of a relation in Section 1.6, in which we again considered paths with progressively higher and higher-numbered intermediate nodes).

When k = n, itfollows thatR(i,j,n) = {w E ~*: (qi'W) ~M (qj,e)}.ThereforeL(M) = U{R(l,j, n) : qj E F}.The crucial point is that all of these sets R(i,j, k) are regular, and hence so isL(M).The proof that each R(i,j, k) is regular is by induction on k. For k = 0,R(i,j,O) is either {a E ~ U {e} : (qi,a,qj) E Ll} if i f.: j, or it is {e} U {a E~ U {e} : (qi, a, qj) Ell} if i = j. Each of these sets is finite and thereforeregular.For the induction step, suppose that R(i, j, k-1) for all i, j have been definedas regular languages for all i, j. Then each set R( i, j, k) can be defined combiningpreviously defined regular languages by the regular operations of union, Kleenestar, and concatenation, as follows:R(i,j, k) = R(i,j, k - 1) U R(i, k, k - l)R(k, k, k - 1)* R(k,j, k - 1).This equation states that to get from qi to qj without passing through a statenumbered greater than k, M may either(1) go from qi to qj without passing through a state numbered greater thank - 1; or(2) go (a) from qi to qk; then (b) from qk to qk zero or more times; then (c)from qk to qj; in each case without passing through any intermediate statesnumbered greater than k - 1.Therefore language R(i,j, k) is regular for all i, j, k, thus completing theinduction .•Example 2.3.2: Let us construct a regular expression for the language acceptedby the deterministic finite automaton of Figure 2-15.

This automaton acceptsthe language{w E {a, b}* : w has 3k + 1 b's for some kEN}.Carrying out explicitly the construction of the proof of the if part can be verytedious (in this simple case, thirty-six regular expressions would have to beconstructed!). Things are simplified considerably if we assume that the nondeterministic automaton M has two simple properties:812.3: Finite Automata and Regular ExpressionsaabFigure 2-15(a) It has a single final state, F = {f}.(b) Furthermore, if (q,u,p) E ~, then q -::j:.

f and p -::j:. s; that is, there are notransitions into the initial state, nor out of the final state.This "special form" is not a loss of generality, because we can add to any automaton M a new initial state s and a new final state f, together with e-transitionsfrom s to the initial state of M and from all final states of M to f (see Figure 2-16(a), where the automaton of Figure 2-15 is brought into this "specialform"). Number now the states of the automaton ql, q2, ... , qn, as required bythe construction, so that s = qn-l and f = qn' Obviously, the regular expressionsought is R(n - I, n, n).We shall compute first the R(i,j,O)'s, from them the R(i,j, l)'s, and so on,as suggested by the proof. At each stage we depict each R( i, j, k) 's as a labelon an arrow going from state qi to state qj.

We omit arrows labeled by 0, andself-loops labeled {e}. With this convention, the initial automaton depicts thecorrect values of the R(i,j, O)'s -see Figure 2-16(a). (This is so because in ourinitial automaton it so happens that, for each pair of states (qi, qj) there is atmost one transition of the form (qi, u, qj) in~. In another automaton we mighthave to combine by union all transitions from qi to qj, as suggested by the proof.)Now we compute the R(i,j, l)'s; they are shown in Figure 2-16(b). Noticeimmediately that state ql need not be considered in the rest of the construction;all strings that lead M to acceptance passing through state ql have been considered and taken into account in the R(i,j, l)'s.

We can say that state ql has beeneliminated. In some sense, we have transformed the finite automaton of Figure2-16(a) to an equivalent generalized finite automaton, with transitions that maybe labeled not only by symbols in ~ or e, but by entire regular expressions. Theresulting generalized finite automaton has one less state than the original one,since ql has been eliminated.82Chapter 2: FINITE AUTOMATAq4>O~----~-C~~--~--~_ea(a)(b)aU ba*ba*bq4>0a*b.gq3e.@q4>0a*b(a U ba*ba*b)*q5.@q5(d)(c)Figure 2-16Let us examine carefully what is involved in general in eliminating a stateq (see Figure 2-17). For each pair of states qi -::j:.

q and qj -::j:. q, such that thereis an arrow labeled 0: from qi to q and an arrow labeled (3 from q to qj, we addan arrow from qi to qj labeled 0:')'* (3, where,), is the label of the arrow from qto itself (if there is no such arrow, then,), = 0, and thus ')'* = {e}, so the labelbecomes 0:(3). If there was already an arrow from qi to qj labeled J, then thenew arrow is labeled J U 0:')'* (3.qioFigure 2-17Continuing like this, we eliminate state q2 to obtain the R( i, j, 2) 's in Figure2-17(c), and finally we eliminate q3. We have now deleted all states except the2.3: Finite Automata and Regular Expressions83initial and final ones, and the generalized automaton has been reduced to a singletransition from the initial state to the final state.

We can now read the regularexpression for M as the label of this transition:R = R(4, 5, 5) = R(4, 5, 3) = a*b(ba*ba*b U a)*,which is indeed {w E {a,b}* : w has 3k + 1 b's for some k E N}.OProblems for Section 2.32.3.1. In part (d) of the proof of Theorem 2.3.1 why did we insist that M bedeterministic? What happens if we interchange the final and nonfinal statesof a nondeterministic finite automaton?2.3.2. What goes wrong in the proof of Part (c) of Theorem 2.3.1 if we simplymake SI final, and add arrows from all members of Fl back to SI (withoutintroducing a new starting state)?2.3.3. Give a direct construction for the closure under intersection of the languagesaccepted by finite automata.

(Hint: Consider an automaton whose set ofstates is the Cartesian product of the sets of states of the two originalautomata.) \Vhich of the two constructions, the one given in the text orthe one suggested in this problem, is more efficient when the two languagesare given in terms of nondeterministic finite automata?2.3.4. Using the construction in the proofs of Theorem 2.3.1, construct finite automata accepting these languages.(a) a*(abUbaUe)b*(b) ((aU b)*(e U c)*)*(c) ((ab)* U (bc)*)ab2.3.5. Construct a simple nondeterministic finite automaton to accept the language (ab U aba) *a. Then apply to it the constructiOll of Part (c) of theproof of Theorem 2.3.1 to obtain a nondeterministic finite automaton accepting ((ab U aba)*a)*.2.3.6.

Let L, L' ~ ~*. Define the following languages.1. Pref(L) = {w E ~* : x = wy for some x E L,y E ~'} (the set of prefixes of L).1. Suf(L) = {w E ~* : x = yw for some x E L,y E ~*} (the set of suffixes of L).3. Subseq(L) = {WI W2 .•• Wk : kEN, Wi E ~* for i = 1, ... , k, and thereis a string x = XOWIXI W2X2 .•• WkXk E L} (the set of subsequencesof L).Chapter 2: FINITE AUTOMATA844. Lj L' = {w E ~* : wx E L for some x E L'} (the right quotient of Lby L').5. Max(L) = {w E L : if x -::j:. e then wx ¢:. L}.6.

LR = {w R : w E L}.Show that if L is accepted by some finite automaton, then so is each of thefollowing.(a) Pref(L)(b) Suf(L)(c) Subseq(L)(d) Lj L', where L' is accepted by some finite automaton.(e) Lj L', where L' is any language.(f) Max(L)(g) LRbbb(a)a(c)ababa(b)a(d)2.3.7. Apply the construction in Example 2.3.2 to obtain regular expressions corresponding to each of the finite automata above. Simplify the resultingregular expressions as much as you can.2.3.8. For any natural number n ~ 1 define the nondeterministic finite automatonMn = (Kn'~n,Lln,sn,Fn) with Kn = {Ql,q2, ... ,qn}, Sn = Ql, Fn = {QI},~n = {aij: i,j = 1, ...

,n}, and Ll n = {(i,aij,j): i,j = 1, ... ,n}.(a) Describe L(Mn) in English.852.3: Finite Automata and Regular Expressions(b) Write a regular expression for L(M3).(c) Write a regular expression for L(M5).It is conjectured that, for all polynomials p there is an n such that no regularexpression for L(Mn) has length smaller than p(n) symbols.2.3.9. (a) By analogy with Problem 2.1.5, define a nondeterministic 2-tapefinite automaton, and the notion that such an automaton accepts a particular set of ordered pairs of strings.(b) Show that {(amb,anbP): n,m,p ~ 0, and n = m or n = p} is acceptedby some nondeterministic 2-tapc finite automaton.(c) We shall see (Problem 2.4.9) that nondeterministic 2-tape finite automata cannot always be converted into deterministic ones.

This being thecase, which of the constructions used in the proof of Theorem 2.3.1 can beextended to demonstrate closure properties of the following?(i) The sets of pairs of strings accepted by nondeterministic 2-tape finiteautomata.(ii) The sets of pairs of strings accepted by deterministic 2-tape finite automata.Explain your answers.2.3.10. A language L is definite if there is some k such that, for any string w,whether w E L depends only on the last k symbols of w.(a) Rewrite this definition more formally.(b) Show that every definite language is accepted by a finite automaton.(c) Show that the class of definite languages is closed under union andcomplementation.(d) Give an example of a definite language L such that L * is not definite.(e) Give an example of definite languages L 1 , L2 such that Ll L2 is notdefinite.2.3.11. Let ~ and ~ be alphabets.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
11,07 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов решённой задачи

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6375
Авторов
на СтудИзбе
309
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее