非确定的自动机NFA确定化为DFA

mac2024-04-13  33

摘要:

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 在编译系统中,词法分析阶段是整个编译系统的基础。对于单词的识别,有限自动机FA是一种十分有效的工具。有限自动机由其映射f是否为单值而分为确定的有限自动机DFA和非确定的有限自动机NFA。在非确定的有限自动机NFA中,由于某些状态的转移需从若干个可能的后续状态中进行选择,故一个NFA对符号串的识别就必然是一个试探的过程。这种不确定性给识别过程带来的反复,无疑会影响到FA的工作效率。因此,对于一个非确定的有限自动机NFA M,经常的做法是构造一个确定的有限自动机DFA M’。

 有穷自动机(也称有限自动机)作为一种识别装置,能准确地识别正规集,即识别正规文法所定义的语言和正规式所表示的集合。引入有穷自动机理论,正是为词法分析程序的自动构造寻找特殊的方法和工具。有穷自动机分为两类:确定的有穷自动机(Deterministic Finite Automata,DFA)和不确定的有穷自动机(Nondeterministic Finite Automata,NFA)。下面分别给出确定的有穷自动机和不确定的有穷自动机的定义、与其有关的概念、不确定的有穷自动机的确定化以及确定的有穷自动机的化简等算法。

 NFA转换为等价的DFA:在有穷自动机的理论里,有这样的定理:设L为一个由不确定的有穷自动机接受的集合,则存在一个接受L的确定的有穷自动机。这里不对定理进行证明,只介绍一种算法,将NFA转换成接受同样语言的DFA,这种算法称为子集法。宝阀为一个NFA构造相应的DFA的基本想法是让DFA的每一个状态对应NFA的一组状态。也就是让DFA使用它的状态去记录在NFA读入一个输入符号后可能达到的所有状态,在读入输入符号串a1a2...an,之后,DFA处在那样一个状态,该状态表示这个NFA的状态的一个子集T,T是从NFA的开始状态沿着某个标记为a1a2...an,的路径可以到达的那些状态构成的。

题目:

1.设有 NFA M=( {0,1,2,3}, {a,b},f,0,{3} ),其中 f(0,a)={0,1}  f(0,b)={0}  f(1,b)={2}  f(2,b)={3}

   画出状态转换矩阵,状态转换图,并说明该NFA识别的是什么样的语言。

 ab00,101 22 33  

 

语言:(a | b)*abb

 

2.NFA 确定化为 DFA

1.解决多值映射:子集法

1). 上述练习1的NFA

  abA{0}{0,1}{0}B{0,1}{0,1}{0,2}C{0,2}{0,1}{0,3}D{0,3}{0,1}{0}

DFA图:

2). P64页练习3

 

 

DFA状态转换矩阵

  01A{S}{V,Q}{Q,U}B{V,Q}{Z,V}{Q,U}C{Q,U}{V}{Q,U,Z}D{V}{Z} E {Z,V}{Z}{Z}F {Q,U,Z}{Z} {Q,Z} G {Z} {Z}  {Z} H {Q,Z}  {Z} {Q,Z} 

DFA图:

2.解决空弧:对初态和所有新状态求ε-闭包

1). 发给大家的图2

 DFA状态转换矩阵

  01 2  X ε{A}={ABC}  ε{A}={ABC}  ε{B}={BC}  ε{C}={C} Y ε{BC}  ε{B}={BC} ε{C}={C}  Z ε{C}    ε{C}={C}

DFA图:

 

语法:(0*11* | 0*)22* 

 

2).P50图3.6

 

 

DFA状态转换矩阵

  ab 0 ε{0}={01247} ε{38}={3671248} ε{5}={567124} 1  ε{1234678} ε{38}={1234678} ε{59}={5671249} 2  ε{124567} ε{38}={3671248} ε{5}={567124}  3  ε{1245679} ε{38}={3671248} ε{510}={56712410} 4  ε{12456710} ε{38}={3671248} ε{5}={567124} 

DFA图:

 

子集法:

f(q,a)={q1,q2,…,qn},状态集的子集

将{q1,q2,…,qn}看做一个状态A,去记录NFA读入输入符号之后可能达到的所有状态的集合。

步骤:

1).根据NFA构造DFA状态转换矩阵

①确定DFA的字母表,初态(NFA的所有初态集)

②从初态出发,经字母表到达的状态集看成一个新状态

③将新状态添加到DFA状态集

④重复23步骤,直到没有新的DFA状态

2).画出DFA

3).看NFA和DFA识别的符号串是否一致。

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