离散数学 第11章形式语言与自动机
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形式语言与自动机课后习题答案第二章4.找出右线性文法,能构成长度为1至5个字符且以字母为首的字符串。
答:G={N,T,P,S}其中N={S,A,B,C,D} T={x,y} 其中x∈{所有字母} y∈{所有的字符} P如下: S→x S→xA A→y A→yBB→y B→yC C→y C→yD D→y6.构造上下文无关文法能够产生L={ω/ω∈{a,b}*且ω中a的个数是b的两倍}答:G={N,T,P,S}其中N={S} T={a,b} P如下:S→aab S→aba S→baaS→aabS S→aaSb S→aSab S→SaabS→abaS S→abSa S→aSba S→SabaS→baaS S→baSa S→bSaa S→Sbaa7.找出由下列各组生成式产生的语言(起始符为S)(1)S→SaS S→b(2)S→aSb S→c(3)S→a S→aE E→aS答:(1)b(ab)n /n≥0}或者L={(ba)n b/n≥0}(2) L={a n cb n /n≥0}(3)L={a2n+1 /n≥0}第三章1.下列集合是否为正则集,若是正则集写出其正则式。
(1)含有偶数个a和奇数个b的{a,b}*上的字符串集合(2)含有相同个数a和b的字符串集合(3)不含子串aba的{a,b}*上的字符串集合答:(1)是正则集,自动机如下(2) 不是正则集,用泵浦引理可以证明,具体见17题(2)。
(3) 是正则集先看L’为包含子串aba的{a,b}*上的字符串集合显然这是正则集,可以写出表达式和画出自动机。
(略)则不包含子串aba的{a,b}*上的字符串集合L是L’的非。
根据正则集的性质,L也是正则集。
4.对下列文法的生成式,找出其正则式(1)G=({S,A,B,C,D},{a,b,c,d},P,S),生成式P如下:S→aA S→BA→abS A→bBB→b B→cCC→D D→bBD→d(2)G=({S,A,B,C,D},{a,b,c,d},P,S),生成式P如下:S→aA S→BA→cC A→bBB→bB B→aC→D C→abBD→d答:(1) 由生成式得:S=aA+B ①A=abS+bB ②B=b+cC ③C=D ④D=d+bB ⑤③④⑤式化简消去CD,得到B=b+c(d+bB)即B=cbB+cd+b =>B=(cb)*(cd+b) ⑥将②⑥代入①S=aabS+ab(cb)*(cd+b)+(cb)*(cd+b) =>S=(aab)*(ab+ε)(cb)*(cd+b) (2) 由生成式得:S=aA+B ①A=bB+cC ②B=a+bB ③C=D+abB ④D=dB ⑤由③得 B=b*a ⑥将⑤⑥代入④ C=d+abb*a=d+ab+a ⑦将⑥⑦代入② A=b+a+c(d+b+a) ⑧将⑥⑧代入① S=a(b+a+c(d+ab+a))+b*a=ab+a+acd+acab+a+b*a5.为下列正则集,构造右线性文法:(1){a,b}*(2)以abb结尾的由a和b组成的所有字符串的集合(3)以b为首后跟若干个a的字符串的集合(4)含有两个相继a和两个相继b的由a和b组成的所有字符串集合答:(1)右线性文法G=({S},{a,b},P,S)P: S→aS S→bS S→ε(2) 右线性文法G=({S},{a,b},P,S)P: S→aS S→bS S→abb(3) 此正则集为{ba*}右线性文法G=({S,A},{a,b},P,S)P: S→bA A→aA A→ε(4) 此正则集为{{a,b}*aa{a,b}*bb{a,b}*, {a,b}*bb{a,b}*aa{a,b}*}右线性文法G=({S,A,B,C},{a,b},P,S)P: S→aS/bS/aaA/bbBA→aA/bA/bbCB→aB/bB/aaCC→aC/bC/ε7.设正则集为a(ba)*(1)构造右线性文法(2)找出(1)中文法的有限自 b动机答:(1)右线性文法G=({S,A},{a,b},P,S)P: S→aA A→bS A→ε(2)自动机如下:(p2是终结状态)9.对应图(a)(b)的状态转换图写出正则式。
形式语言与自动机的关系形式语言和自动机是计算机科学中的两个重要概念。
形式语言是人工定义的语言,用于描述计算机程序、编程语言等。
而自动机则是一种模型,用于描述计算机或类似的抽象计算设备的行为。
形式语言和自动机之间存在紧密的关系,它们相互影响并且相互依赖。
形式语言是自动机所处理的输入,而自动机则是对形式语言的识别和处理工具。
形式语言可以分为两类:自然语言和形式化语言。
自然语言是人类用于交流的语言,如中文、英语等。
形式化语言则是为了解决特定问题而设计的语言,如编程语言和数学符号。
自动机是一种描述计算过程的数学模型。
根据其行为特征,自动机可以分为有限状态自动机和无限状态自动机。
有限状态自动机通过有限个状态和转移函数来模拟计算过程,例如正则表达式和有限状态机。
无限状态自动机则用于描述无限计算过程,例如图灵机。
形式语言可以通过自动机来识别和生成。
通过使用自动机理论中的形式化方法,可以定义形式语言的语法规则,用于检查和验证形式语言的正确性。
例如,正则表达式利用有限状态自动机来验证字符串是否符合给定的模式。
自动机理论非常重要,它为形式语言的理解、识别和翻译提供了基础。
自动机可以用于解决许多计算机科学中的问题,如编译器设计、自然语言处理和人工智能等。
在实际应用中,形式语言和自动机的关系非常密切。
形式语言和自动机的结合使得计算机能够处理和理解各种复杂的语言和问题。
形式语言可以通过自动机的识别和转换来进行规约和优化,从而实现更高效的计算和通信。
总之,形式语言和自动机是计算机科学中不可分割的一对概念。
它们之间的关系互为因果,相互促进,为计算机科学的发展和应用提供了基础和支撑。
形式语言通过自动机的识别与转换表达计算过程,而自动机通过形式语言的使用来解决语言处理和编程问题。
在不断发展的计算机科学领域,形式语言和自动机的关系必将发挥更为重要的作用。
形式语言与自动机理论
正:形式语言和自动机理论两者息息相关,是计算机科学的基础学科,在研究计算机知识及其在计算过程中的表示和处理过程中起着至关重要的
作用。
形式语言又称形式手段语言,指的是以符号代表内容的一种语言,它
可以通过这些符号表达一定的概念,完成一定的表示。
形式语言是计算机
科学家们研究计算机知识表示和处理的基础,采用的算法也是建立在形式
语言基础之上的。
形式语言的重要性在于它使研究计算机知识表示和处理
的基本问题更加清晰,它使研究者可以更好地理解计算机系统的表示和处
理过程,并可以用形式语言描述它们。
自动机理论是一门关于计算机程序及其行为的理论,它利用数学形式
描述一类行为,以此来抽象表示计算机程序的行为。
自动机理论主要用来
描述可以描述和处理其中一种形式语言的计算机程序。
它可以帮助研究者
了解计算机系统的行为,以及计算机程序如何处理和解释所提供的输入。
总而言之,自动机理论可以将形式语言表示的概念和逻辑运算建模成一种
数学模型,从而实现与形式语言产生互动的能力。
言和自动机理论相互结合,使计算机系统具有了更强大的计算能力。
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第11章形式语言与自动机
1.写出字符串011的全部前缀、后缀和子串。
解:前缀:{0,01,011,ε},后缀:{1,11,011,ε},子串:{0,01,011,ε,11,1} 2.以合理的顺序展开下列语言,把它们写成带省略号的列举法表示。
(1){ab }*
,(2){a ,b }*
,(3){a }*
{b }*
,(4){a n b 2n |n ≥0}。
解:(1){ε,ab ,abab ,ababab ,…} (2){ε,a ,b ,aa ,ab ,ba ,bb ,aaa ,aab ,aba ,abb ,…} (3){ε,a ,b ,ab ,aa ,bb ,aaa ,aab ,bbb ,abb ,…} (4){ε,abb ,aabbbb ,…} 3.现有文法G [S ]:S →aAb ,A →BcA ,A →B ,B →idt ,B →ε,给出下面几个句子的推导过程。
(1)aidtccb (2)ab (3)aidtcidtcidtb
解:(1) S →aAb →aBcAb →aidtcAb →aidtcBcAb →aidtccAb →aidtccBb →aidtccb (2)S →aAb →aBb →ab
(3) S →aAb →aBcAb →aidtcAb →aidtcBcAb →aidtcidtcAb →aidtcidtcBb →aidtcidtcidtb
4.指出G =({S },{a ,b },P ,S )属于哪一型文法,其中P ={S →bSS ,S →a },并用集合的形式写出它产生的语言。
解:该文法属于上下文无关文法。
{以b 开头以aa 结尾且字符a 的个数比字符b 的个数多1的所有符号串}
5.设M =({p ,q ,r },{a ,b },δ,p ,{r })为有限自动机,其中δ如表11-1所示,画出M 的状态转换图,并用格局转换推导式证明字符串abaab ∈L (M )。
表11-1
解:M 的状态转换图如图11-1所示:
(p ,abaab )├(q ,baab )├(p ,aab )├(q ,ab )├(r ,b )├(r ,ε) 其中r ∈F ,即(r ,ε)是终止格局
6.设有一个NFA :M =({
p ,q ,r ,S },{0,1},δ,p ,{S }),其中状态转换函数δ如表11-2
所示,试构造与它等价的DFA 。
表11-2
图11-1
解: DFA 如表11-3所示:
表11-3
7.已给文法G [S ]:S →aAcB ,S →BdS ,B →aScA ,B →cAB ,A →BaB ,A →aBc ,A →a ,B →b ,给出下面句子的最左推导、最右推导和相应的导出树。
ω=(bd )2
(ab )2c 2
ab
解:(1) 最左推导: S →BdS →bdS →bdBdS →(bd )
2
S →(bd
)2
aAcB →
(
bd )2
aBaBcB →(bd )2
abaBcB →(bd )2
ababcB →(bd )2
ababc 2
AB →(bd )2
ababc 2
aB →(bd )2
(ab )2c 2
ab
(2) 最右推导: S →BdS →BdBdS →BdBdaAcB →BdBdaAc 2
AB →BdBdaAc 2
Ab →BdBdaAc 2
ab →BdBda BaB c 2
ab →BdBdaBabc 2
ab →BdBd (ab )2c 2
ab →Bdbd (ab )2c 2
ab →(bd )2
(ab )2c 2
ab (3)相应的导出树如图11-1所示:
8.构造一个接受语言L ={0n 1n |n ≥1}的图灵机。
解:识别过程如下:开始时输入带上的符号序列为0n 1n 。
M 把最左的0替换成X ,读写头右移到最左的1,将之替换成Y 。
然后左移找到最右的X ,右移一格找到最左的0,重复前面的循环。
如果当寻找1时M 找到的却是空白,M 停机拒绝;而当M 把一个1替换成Y 后,却再也找不到0,则检查有无剩余的
S
B
S
S
B
B b d
B b d a A B a B b
b
c A a
b
图11-2
1,若没有则接受。
综上所述,M=(Q,Σ,Γ,δ,q0,B,F)为所求的图灵机(识别器),其中Q={q0,q1,q2,q3,q4},Σ={0,1},Γ={0,1,X,Y,B},F={q4},δ由表11-4给出:
表11-4。