“Tersine çevrilmiş” normal dilin düzenli olduğunu nasıl gösteririm?


19

Aşağıdaki soruya takılıp kaldım:

"Düzenli diller tam olarak sonlu otomatalar tarafından kabul edilen dillerdir. Bu gerçek göz önüne alındığında, eğer dili Lbazı sonlu otomatlar tarafından kabul edilirse, LR de bir sonlu tarafından kabul edilir; ters LLR kelimelerinin tümünden oluşur ."L


1
Eh, sen kabul edecek bir Otomaton inşa denedin mi LR ? Bir örnek çizmek yardımcı olabilir.
Gilles 'SO- kötü olmayı bırak

Cevabın için teşekkürler. Bunu nasıl yapacağımdan emin değilim. Eminim herhangi bir L ^ R bazı diller tarafından kabul edilir çünkü aynı 'alfabe' kullanılarak oluşturulmuştur ve bu yüzden normal bir dil olacaktır. Yine de nasıl kanıtlanacağından veya bir örnek nasıl çizileceğinden emin değilim.
Kedi

2
Hoşgeldiniz! Ödev ödevlerini bulan temel sorular için, sorunun sorgulayıcının (önemli) önceki çalışmalarını içerip içermediğini seviyoruz. Kesinlikle paylaşabileceğiniz bir şey denediniz (bu da sizi doğru yönde yönlendirmek için kullanabiliriz). Değilse, tanımlarınızı tekrar kontrol etmenizi ve Gilles'in tavsiyelerine dikkat etmenizi öneririm.
Raphael

3
@Victoria "aynı" alfabe "den inşa edilmiştir ve bu yüzden de normal bir dil olacaktır" - oh, nonono. , { a n b m a nn , m N } ve { a n b n a nn N } hepsi aynı şekilde tanımlanmıştır alfabe ama çok farklı dil sınıflarına düşer.{anbmaon,m,oN}{anbmann,mN}{anbnannN}
Raphael

1
Bölümün sonundaki diğer soru, hiçbir sonlu otomatın belirli bir alfabe üzerindeki tüm palindromları kabul edemeyeceğini kanıtlamamı istiyor. Bunun kanıtının, olası tüm palindromları (uzunluk sınırı yok) düşünürken sonsuz sayıda durum olduğu gerçeğine bağlı olduğunu düşünüyorum, oysa makine sonlu bir durum makinesidir.
Kedi

Yanıtlar:


26

Bu yüzden düzenli bir dili verildiğinde (aslında tanım gereği) bazı sınırlı otomatalar tarafından kabul edildiğini biliyoruz, bu yüzden bizi başlangıç ​​durumundan kabul durumuna götüren uygun geçişlere sahip sınırlı bir durum kümesi var. , L cinsinden bir dizedir . İşleri basitleştirmek için yalnızca bir kabul eden devletin olduğu konusunda ısrar edebiliriz. Ters dili kabul etmek için tek yapmamız gereken geçişlerin yönünü tersine çevirmek, başlangıç ​​durumunu kabul etme durumuna ve kabul etme durumunu başlangıç ​​durumuna çevirmektir. Sonra orijinale kıyasla "geriye" dır ve dil kabul eden bir makine var L R .LLLR


Çok teşekkür ederim Luke - Sanırım ne dediğini anlıyorum. Noktadasınız - Sonlu otomata ile kesinlikle pratik bir deneyimim yok! Sana 'oy veriyorum' ama görünüşe göre yeterli puanım yok. Bunun için üzgünüm!
Cat

Bu iyi, istediğiniz cevapları "kabul edebilmeniz" gerekir (oy düğmelerinin altında bir onay işareti olmalıdır). Ayrıca Saadtaame'in daha resmi yanıtı benimkinden sonraki mükemmel adım.
Luke Mathieson

5
Biz ya izin vermelidir tek kabul devlet var olduğunu varsaymak -transitions veya sahip ε L . Her ikisi de gerçek kısıtlamalar değil, biliyorum, bu yüzden cevap tamam. ϵϵL
Hendrik Jan

1
Evet, fikir bana çok açık geliyor. Zor kısmı doğru olduğunu doğrulıyor.
Kimse

24

Sen hep dizeleri kabul eden FA kurulabileceğini göstermek zorunda LR dizeleri kabul eden bir sonlu Otomaton'u verilen L . İşte bunu yapmak için bir prosedür.

  1. Otomattaki tüm bağlantıları ters çevir
  2. Yeni bir durum ekleyin ( qs )
  3. İle etiketlenmiş bir bağlantı çizin ϵ devlet den qs her nihai duruma
  4. Tüm nihai durumları normal durumlara dönüştürün
  5. Başlangıç ​​durumunu son duruma getirme
  6. Yap qs ilk durumu

Tüm bunları resmileştirelim; teoremi belirterek başlarız.

Teorem. Eğer L düzenli bir dildir, o zaman böyledir LR .

Let A=(QA,ΣA,δA,qA,FA) be a NFA and let L=L(A). The ϵ-NFA AR defined below accepts the language LR.

  1. AR=(QA{qs},ΣA,δAR,qs,{qA}) and qsQA
  2. pδA(q,a)qδAR(p,a), where aΣA and q,pQA
  3. ϵclosure(qs)=FA

Proof. First, we prove the following statement: a path from q to p in A labeled with w if and only if a path from p to q in AR labeled with wR (the reverse of w) for q,pQA. The proof is by induction on the length of w.

  1. Base case: |w|=1
    Holds by definition of δAR
  2. Induction: assume the statement holds for words of length <n and let |w|=n and w=xa
    Let pδA(q,w)=δA(q,xa)
    We know that δA(q,xa)=pδA(p,a) pδA(q,x)
    x and a are words of fewer than n symbols. By the induction hypothesis, pδAR(p,a) and qδAR(p,xR). This implies that qδAR(p,axR)pδA(q,xa).

Letting q=qA and p=s for some sFA and substituting wR for axR guarantees that qδAR(s,wR) sFA. Since there is a path labeled with ϵ from qs to every state in FA (3. in the definition of AR) and a path from every state in FA to the state qA labeled with wR, then there is a path labeled with ϵwR=wR from qs to qA. This proves the theorem.

Notice that this proves that (LR)R=L as well.

Please edit if there are any formatting errors or any flaws in my proof....


1
What do you mean by ϵclosure(qs)=FA?
user124384

But you can't have ϵ transition in deterministic regular languages can you!?
yukashima huksay

@yukashimahuksay True, but you can also always take a non-deterministic finite automaton and turn it into a deterministic finite automaton. They are equivalent.
Pro Q

12

To add to the automata-based transformations described above, you can also prove that regular languages are closed under reversal by showing how to convert a regular expression for L into a regular expression for LR. To do so, we'll define a function REV on regular expressions that accepts as input a regular expression R for some language L, then produces a regular expression R for the language LR. This is defined inductively on the structure of regular expressions:

  1. REV(ϵ)=ϵ
  2. REV()=
  3. REV(a)=a for any aΣ
  4. REV(R1R2)=REV(R2)REV(R1)
  5. REV(R1|R2)=REV(R1)|REV(R2)
  6. REV(R)=REV(R)
  7. REV((R))=(REV(R))

You can formally prove this construction correct as an exercise.

Hope this helps!


Hi! I landed here because I was thinking about the idea of reversed regular expressions, as a way of optimizing a right-anchored match against a string: feed the characters to the reverse automaton, in reverse order. One pass. I wrote down the algebraic properties of regex reversal, and it matches your table almost exactly, even using the rev() notation. :) I also put down REV(R1&R2) = REV(R1)&REV(R2); I have a regex implementation which has intersection. Yes; I'm thinking of adding an operator for reversal perhaps R\r (reverse preceding regex element).
Kaz

Here is a tricky one: what is the algebraic rule for REV(~R): regex negation? REV(~R) is the reverse of the set of all strings outside of R. Is that the same as ~REV(R): the set of all strings outside of the reverse of the set denoted by R? This is not clear at all because any palindromes in R are also in REV(R).
Kaz

1

Using regular expressions, prove that if L is a regular language then the \emph{reversal} of L, LR={wR:wL}, is also regular. In particular, given a regular expression that describes L, show by induction how to convert it into a regular expression that describes LR. Your proof should not make recourse to NFAs.

We will assume that we are given a regular expression that describes L. Let us first look at the concatination operator (), and then we can move onto more advanced operators. So our cases of concatenation deal with the length of what is being concatenated. So first we will break all concatenations from ab to ab. When dealing with these break the components up as much as possible: (aba)b(aba)b, but you cannot break associative order between different comprehensions of course.

When R

When s=ϵ, we have the empty string which is already reversed thus the mechanism does not change

When s is just a letter, as in sΣ, the reversal is just that letter, s

When s=σ, we have a single constituent so we just reverse that constituent and thus σR

When s=(σ0σ1...σk1σk) where k is odd, we have a regular expression which can be written as (σ0σ1...σk1σk). The reversal of these even length strings is simple. Merely switch the 0 index with the k index. Then Switch the 1 index with k-1 index. Continue till the each element was switched once. Thus the last element is now the first in the reg ex, and the first is the last. The second to last is the second and the second is the second to last. Thus we have a reversed reg ex which will accept the reversed string (first letter is the last etc.) And of course we reverse each constituent. Thus we would get (σkRσk1R...σ1Rσ0R)

When s=(σ0σ1...σk/2...σk1σk) where k is even, we have a regular expression generally which can be written as (σ0σ1...σk1σk). The reversal of these even length strings is simple. Merely switch the 0 index with the k index. Then Switch the 1 index with k-1 index. Continue till the each element was switched once, but the k/2 element (an integer because k is even). Thus the last element is now the first in the reg ex, and the first is the last. The second to last is the second and the second is the second to last. Thus we have a reversed reg ex which will accept the reversed string (first letter is the last etc.). And that middle letter. And of course we reverse each constituent. Thus we would get (σkRσk1R...σk/2R...σ1Rσ0R)

Okay the hard part is done. Let us look to the operator. This is merely a union of sets. So given two strings, s1,s2, the reverse of s1s2 is only s1Rs2R. The union will not change. And this makes sense. This will only add strings to a set. It does not matter which order they are added to the set, all that matters is that they are.

The kleene star operator is the same. It is merely adding strings to a set, not telling us how we should construt the string persay. So to reverse a kleene star of a string s, is only ((sR)). Reversal can just move through them.

Thus to reverse this (((ab)(a))((ab)(b)))R we simply follow the rules. To reverse the outer union we simply reverse its two components. To reverse this: ((ab)(a)) kleene star, we simply reverse what is inside it (((ab)(a))R). Then to reverse a concatenation, we index and then switch greatest with least. So we start with ((ab)(a))R and get ((a)R(ab)R). To reverse that single letter, we reach our base case and get (a)R(a). This process outlined above describes an inductive description of this change.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.