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        正規(guī)文法與有窮自動機(jī)的等價性研究

        2016-06-18 09:52:59李忠武保山學(xué)院云南保山678000
        電子制作 2016年12期
        關(guān)鍵詞:詞法文法保山

        李忠武 保山學(xué)院 云南保山 678000

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        正規(guī)文法與有窮自動機(jī)的等價性研究

        李忠武 保山學(xué)院 云南保山 678000

        【文章摘要】

        正規(guī)表達(dá)式首先由Keene在20世紀(jì)50年代開始研究。McCullough和Pitts提出了一種描述神經(jīng)活動的有窮自動機(jī)模型,從此以后,正規(guī)表達(dá)式和有窮自動機(jī)在計算機(jī)科學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用。通常,對于正規(guī)文法G 和有限自動機(jī)M ,M 所定義的語言記作L(G),M 所能識別的語言記作L(M),如果有L(G)=L(M),則稱G 和M是等價的。

        【關(guān)鍵詞】

        正規(guī)式;正規(guī)文法;構(gòu)造方法;等價性;有限自動機(jī)

        引言

        正規(guī)表達(dá)式的遞歸定義

        (2)如果a是∑上的一個符號,那么a是一個正規(guī)表達(dá)式,并且。也就是說,這個語言僅包含一個長度為1的符號串a(chǎn) 。

        (3)假定U和V都是∑上的正規(guī)表達(dá)式,分別表示語言為L(U)和L(V),那么,U |V、 U·V和(U)*也都是正規(guī)式,它們所表示的正規(guī)集分別為L(U)∪L(V)、L(U)L(V)(連接積)和((閉包)

        僅由有限次使用上述三步驟而定義的表達(dá)式才是∑上的正規(guī)式。

        有窮自動機(jī)的定義

        有限自動機(jī)是識別器,只能對每個可能的輸入串簡單回答“是”或“否”。它分為不確定的有窮自動機(jī)和確定的有窮自動機(jī)。

        正規(guī)文法的概念

        文法G 可定義為四元組,其中VN為非終結(jié)符的集合,VT為終結(jié)符的集合,P 為產(chǎn)生式的集合,S 為開始符號。若P 中的每個產(chǎn)生式的形式都是或A→a,其中A、B都是非終結(jié)符,a∈VT*,則G 是正規(guī)文法。

        1 正規(guī)文法與有限自動機(jī)的等價性

        對于正規(guī)文法G 和有限自動機(jī)M ,如果L(G)=L(M)f,則稱G和M是等價的。

        關(guān)于它們兩者的等價性,有以下結(jié)論:

        1.對于每一個右線性正規(guī)文法G或左線性正規(guī)文法G ,都存在一個有限自動機(jī),使得L(M)=L(R)。

        證明1:

        則令。與(1)類似。可以證明。

        證明2:

        因而,在M中有一條從S0出發(fā)依次經(jīng)過A1,...,AK-1到達(dá)終態(tài)的通路,該通路上所有箭弧的標(biāo)記依次為a1,...ak。反之亦然。所以,當(dāng)且僅當(dāng)。

        現(xiàn)在考慮S0F的情形

        所以,在上述GR中添加新的非終結(jié)符號t',t'S和產(chǎn)生式,并用t'代替t作開始符號。這樣修正GR后得到的文法GR'仍是右線性正規(guī)文法,并且。

        (2)類似于(1),從NFA M出發(fā)可構(gòu)造左線性正規(guī)文法GL,使得。

        最后,由DFA和NFA之間的等價性,結(jié)論2得證。

        2 等價性應(yīng)用舉例

        圖1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

        (a)初始的轉(zhuǎn)換圖;(b)從等價的右線性正規(guī)文化導(dǎo)出的轉(zhuǎn)換圖

        GR=<{0,1},{A,B,C,D},A,P>,其中P由下列產(chǎn)生式組成:

        NFA M出發(fā)構(gòu)造左線性正規(guī)文法GL=<{0,1},{B,C,D,f},f,P>,其中P由下列產(chǎn)生式組成:

        易證L(GL)=L(M)。

        3 結(jié)束語

        有限自動機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的形式化表示。它指是一個開始狀態(tài)、一個或多個接受狀態(tài),以及狀態(tài)集、輸入字符和狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換集合。接受狀態(tài)表明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了和某個詞法單元對應(yīng)的詞素。有限自動機(jī)即可以在輸入字符上執(zhí)行轉(zhuǎn)換,也可以在空輸入上執(zhí)行轉(zhuǎn)換。

        正規(guī)式是正規(guī)文法、有窮自動機(jī)FA的代數(shù)化表示,它的表示準(zhǔn)確、緊湊、高效,可以構(gòu)造高效的詞法分析器.用于詞法分析器的自動生成,也用于各種信息(如模式識別、情報檢索。

        狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖是正規(guī)文法、有窮自動機(jī)FA的圖形表示,直觀易懂,與通常的程序流程圖很相近,易于實現(xiàn)程序的編制。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]陳火旺,劉春林,譚慶平,趙克佳,劉越.程序設(shè)計語言編譯原理[M]. 北京:國防工業(yè)出版社,2013: P53.

        [2]葛寒松.正規(guī)文法與有限自動機(jī)的等價性研究[J]. 河南:商丘師范學(xué)院學(xué)報,2010,26(12):P75.

        [3]胡元義.編譯原理教程(第2版)[Z]. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社, 2006.

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