Задание 2.3. (вариант 4)
Какие из следующих языков являются контекстно-свободными (Указать правильные варианты ответов).
L ={αα| ∈{a b, }* , слово α не содержит подслово bb }
L ={αβαβ# | , ∈{a b, } ,2 ( )* l α β= l( )и слово α является подсловом слова β}
L ={αα| ∈{a b, } * и количество букв a в слове α не меньше количества букв b}
L ={αα| ∈{a b, }* , l( )α нечетное и в середине слова α не содержится aba и bab}
L ={a bn m | ,n m∈N n, ≤ m}
L = {a a cn 2n 3n | n∈ N}
Задание 2.4. (вариант 1)
Какие из следующих языков являются контекстно-свободными, но не являются регулярными (Указать правильные варианты ответов).
L ={a b an m n | ,n m∈N}
L ={a ba2n 3m | ,n m∈N}
L ={αα| ∈{a b, }* , подслово ab в слове α встречается нечетное число раз}
L ={a b an n m | ,n m∈N}
L ={ab a nn | ∈N}
L ={αα| ∈{a b, }* , количество букв a в слове α четно}
Решение:
ПустьL ={a b an m n | ,n m∈N}. Язык L является контекстно-свободным,
т.к. можно построить следующую контекстно-свободную грамматику, порождающую L: S → aSa abBa| B → BB |λ
С другой стороны язык L не является регулярным. Докажем от противного, используя лемму о разрастании. Предположим, что L – регулярный. Согласно лемме существует константа k и слово α= akbak (α∈L и l( )α = 2k +1≥ k ) может быть представлено в виде α= β1γβ2, что выполняются условия леммы о разрастании. Т.к. γ≠λ, то l( )γ ≠ 0; и т.к. l(β1γ) ≤ k , то γ∈{a}* . Тогда α(2) = ak+l(γ)bak ∉L. Получаем противоречие. Таким образом предположение неверно и L не является регулярным.
Пусть L ={a ba2n 3m | ,n m∈N}. Язык L является регулярным, т.к.
можно построить конечный автомат, распознающий L:
Пусть L ={αα| ∈{a b, }* , подслово ab в слове α встречается нечетное число раз}. Язык L является регулярным, т.к. можно построить конечный автомат, распознающий L:
ПустьL ={a b an n m | ,n m∈N}. Язык L является контекстно-свободным,
т.к. можно построить следующую контекстно-свободную грамматику, порождающую L:
S → ABA → aAb ab| B → aB a|
С другой стороны язык L не является регулярным. Докажем от противного, используя лемму о разрастании. Предположим, что L – регулярный. Согласно лемме существует константа k и слово α= a b ak k k (α∈L и l( )α = 3k ≥ k ) может быть представлено в виде α= β1γβ2, что выполняются условия леммы о разрастании. Т.к. γ≠λ, то l( )γ ≠ 0; и т.к. l(β1γ) ≤ k , то γ∈{ }a * . Тогда α(2) = a k l+ ( )γ bk ak ∉L.
Получаем противоречие. Таким образом предположение неверно и L не является регулярным.
Пусть L ={ab an | n∈N}. Язык L является регулярным, т.к. можно построить конечный автомат, распознающий L:
Пусть L ={αα| ∈{a b, }* , количество букв a в слове α четно}. Язык L является регулярным, т.к. можно построить конечный автомат, распознающий L:
Задание 2.4. (вариант 2)
Какие из следующих языков являются контекстно-свободными, но не являются регулярными (Указать правильные варианты ответов).
L ={a2nb3m | ,n m∈N}
L ={α|α∈{a b, }* , подслово aba в слове α встречается четное число раз}
L = {anban | n∈ N}
L ={α|α∈{a b, }* , количество букв a в слове α кратно трем}
L ={ab2na | n∈N}
L = {anbam | ,n m∈ N,n ≥ m}
Задание 2.4. (вариант 3)
Какие из следующих языков являются контекстно-свободными, но не являются регулярными (Указать правильные варианты ответов).
L ={a2nb3ma4k | n m, ,k ∈N}
L = {anbm | ,n m∈ N,n >m}
L ={α|α∈{a b, }* , подслово aa в слове α встречается нечетное число раз}
L ={ab2na | n∈N}
L ={α|α∈{a b, }* , количество букв a, стоящих на нечетных позициях слова α, четно}
L ={banba bn | n∈N}
Задание 2.4. (вариант 4)
Какие из следующих языков являются контекстно-свободными, но не являются регулярными (Указать правильные варианты ответов).
L ={αα| ∈{a b, }* , подслово bb в слове α встречается четное число раз}
L ={a ba ban 2k 3m | ,n m k, ∈N}
L ={a bn m | ,n m∈N n, ≠ m}
L ={αα| ∈{a b, }* , количество букв b, стоящих на нечетных позициях слова α, кратно трем}
L ={ba ba b nn 2n | ∈N}
L = {bab ab n2n | ∈ N}
Задание 1.1. (вариант 1)
Задан детерминированный конечный автомат K с входным алфавитом A = {a b, }:
Вычислить SK (α,t), где α= abcc, t = 3 (Указать правильный вариант ответа).
q1
q2
F
Q \ F
Решение:
SK (abcc,0) = q0 ,
SK (abcc,1) = g q( 0 , )a = q1,
SK (abcc,2) = g q b( 1, ) = q2 , SK (abcc,3) = g q( 2 , )c = q1 . Задание 1.1. (вариант 2)
Задан детерминированный конечный автомат K с входным алфавитом A = {a b, }:
Вычислить SK (α,t), где α= aaba, t = 3 (Указать правильный вариант ответа).
Q \ F
q2
F
q3
Задание 1.1. (вариант 3)
Задан детерминированный конечный автомат K с входным алфавитом A = {a b, }:
Вычислить SK (α,t), где α= cacca, t = 3 (Указать правильный вариант ответа).
Q \ F
q2
F
q3
Задание 1.1. (вариант 4)
Задан детерминированный конечный автомат K с входным алфавитом A = {a b, }:
Вычислить SK (α,t), где α= aaaca, t = 3 (Указать правильный вариант ответа).
Q \ F
q1
q0
F
Задание 1.2. (вариант 1)
Задан детерминированный конечный автомат K с входным алфавитом A = {a b, }:
Какие из следующих слов принадлежат языку L(K). (Указать правильные варианты ответов).
aab
aa
ba
bab
aaab
Решение:
SK (aab,3) = q4 ∉F , здесь q4 - отрицательно-поглощающее состояние автомата K , отсюда aab∉ L,
SK (aa,2) = q3 ∈F , отсюда aa∈L , SK (ba,2) = q3 ∈F , отсюда ba ∈ L ,
SK (aaab,4) = q4 ∉ F , отсюда aaab∉L. Задание 1.2. (вариант 2)
Задан детерминированный конечный автомат K с входным алфавитом A = {a b, }:
Какие из следующих слов принадлежат языку L(K). (Указать правильные варианты ответов).
bab
aa
bba
aba
abab
Задание 1.2. (вариант 3)
Задан детерминированный конечный автомат K с входным алфавитом A = {a b, }:
Какие из следующих слов принадлежат языку L(K). (Указать правильные варианты ответов).
bbab
aab
aba
aa
abbab
Задание 1.2. (вариант 4)
Задан детерминированный конечный автомат K с входным алфавитом A = {a b, }:
Какие из следующих слов принадлежат языку L(K). (Указать правильные варианты ответов).
ba
bbbba
abab
aba
aabab
Задание 1.3. (вариант 1)
Задан детерминированный конечный автомат K с входным алфавитом A ={a b, }:
Найти (L K) (Указать правильный вариант ответа).
L K( ) ={αα| содержит ровно одну букву b, α∈ A*}
L K( ) ={αα| содержит нечетное количество букв , b α∈ A*}
L K( ) ={αα| содержит не менее одной буквы , b α∈ A*}
L K( ) ={αα| заканчивается на букву b, α∈ A*}
Задание 1.3. (вариант 2)
Задан детерминированный конечный автомат K с входным алфавитом A ={a b, }:
Найти (L K) (Указать правильный вариант ответа).
L K( ) ={αα| содержит ровно одну букву b, α∈ A*}
L K( ) ={αα| содержит нечетное количество букв , b α∈ A*}
L K( ) ={αα| содержит не менее одной буквы , b α∈ A*}
L K( ) ={αα| заканчивается на букву b, α∈ A*}
Задание 1.3. (вариант 3)
Задан детерминированный конечный автомат K с входным алфавитом A ={a b, }:
Найти (L K) (Указать правильный вариант ответа).
L K( ) ={αα| содержит ровно одну букву b, α∈ A*}
L K( ) ={αα| содержит нечетное количество букв , b α∈ A*}
L K( ) ={αα| содержит не менее одной буквы , b α∈ A*}
a.L K( ) ={αα| заканчивается на букву b, α∈ A*} Задание 1.3. (вариант 4)
Задан детерминированный конечный автомат K с входным алфавитом A ={a b, }:
Найти (L K) (Указать правильный вариант ответа).
L K( ) ={αα| содержит ровно одну букву b, α∈ A*}
L K( ) ={αα| содержит нечетное количество букв , b α∈ A*}
L K( ) ={αα| содержит не менее одной буквы , b α∈ A*}
L K( ) ={αα| заканчивается на букву b, α∈ A*}
Задание 1.4. (вариант 1)
Какие из следующих утверждений верны (Указать правильные варианты ответов).
Если L L1, 2 – регулярные языки, то язык L1 (L2 ∪ L1) является регулярным.
Если L – регулярный язык и L = L1 ∪ L2 , то языки L1 и L2 являются регулярными.
Если L1 – регулярный язык, L2 – конечный язык, то язык L L является регулярным.
Если L L1, 2 – регулярные языки, то язык
{α|α∈L1 и α∉L2}\{β|β∈L1 и (l β) ≥ 2} является регулярным.
Если L L1, 2 – регулярные языки, то язык
{α1α2 | (l α1) = l(α2 ),α1 ∈L1,α2 ∈L2} является регулярным.
Решение:
Если L L1, 2 – регулярные языки, то язык L1 (L2 ∪ L1) является регулярным в силу замкнутости регулярных языков относительно операций конкатенации и объединений.
Если L – регулярный язык и L = L1 ∪ L2 , то языки L1 и L2 не всегдя яляются регулярными Здесь можно привести пример, пусть L = A*, L1 = La b− ={a bn n | n∈N}, L2 = A* . Можно увидеть, что L = L1 ∪ L2 ; L L, 2 – регулярные языки; L1 = La b− – известный нерегулярный язык. Замечание: в качестве L1 можно было взять произвольный нерегулярный язык.
Если L1 – регулярный язык, L2 – конечный язык, то язык L1 ∪ L2 является регулярным. Дествительно, L2 является регулярным языком в силу регулярности произвольного конечного языка, и класс регулярных языков замкнут относительно операции объединения.
Если L L1, 2 – регулярные языки, то язык
{α|α∈L1 и α∉L2}\{β|β∈L1 и ( )l β ≥ 2} является регулярным.
Действительно, пусть L3 = {α α| ( )l ≥ 2,α∈ A*}. Несложно увидеть, что язык L3 регулярный, т.к. можно построить следующий конечный автомат, распознающий L3 :
Далее {α|α∈L1 и α∉L2}\{β|β∈L1 и ( )l β ≥ 2} = (L1 \ L2 ) \ (L1 ∩ L3), данный язык является регулярным в силу регулярности языков L L L1, 2, 3 и замкнутости класса регулярных языков относительно операции разности и пересечения.
Если L L1, 2 – регулярные языки, то язык
{α1α2 | (l α1) = l(α2 ),α1 ∈L1,α2 ∈L2} не всегда является регулярным. Здесь привести следующий пример. Пусть L1 = {an | n∈ N}, L2 = {bn | n∈ N}. Несложно увидеть, что языки L L1, 2 являются регулярные языки, т.к. можно построить соответсвующие конечные автоматы:
С другой стороны язык {αα α α α1 2 | (l 1) = l( 2 ), 1 ∈ L1,α2 ∈ L2} = La b− не является регулярным. Задание 1.4. (вариант 2)
Какие из следующих утверждений верны (Указать правильные варианты ответов).
Если L L1, 2 – регулярные языки, то язык L1* (L2 \ L1 ) является регулярным. Если L – регулярный язык и L = L1 ∩ L2 , то языки L1 и L2 являются регулярными.
Если L L1, 2 – регулярные языки, то язык
{α|α∈L1 или α∉L2}\{β|β∈L1 и (l β) ≤ 5} является регулярным.
Если L L1, 2 – регулярные языки, то язык
{α1α2α1 |l(α1 ) = l(α2 ),α1 ∈L1,α2 ∈L2} является регулярным.
Если L1 – регулярный язык, L2 – конечный язык, то язык L1 L2 является регулярным.
Задание 1.4. (вариант 3)
Какие из следующих утверждений верны (Указать правильные варианты ответов).
Если L L1, 2 – регулярные языки, то язык
{α2α2α1 |l(α1 ) = l(α2 ),α1 ∈L1,α2 ∈L2} является регулярным.
Если L L1, 2 – регулярные языки, то язык (L1 \ L2 ) (L2 \ L1 ) является регулярным.
Если L L1, 2 – регулярные языки, то язык {α|α∈L1 или α∈L2}\{β|β∈L1 и 2 ≤ l( )β ≤ 5} является регулярным.
Если L1 – регулярный язык, L2 – конечный язык, то язык L1 \ L2 является регулярным.
Если L – регулярный язык и L = L1 \ L2 , то языки L1 и L2 являются регулярными.
Задание 1.4. (вариант 4)
Какие из следующих утверждений верны (Указать правильные варианты ответов).
Если L L1, 2 – регулярные языки, то язык (L1 ∩ L2 ) (L2* \ L1 ) является регулярным.
Если L1 – регулярный язык, L2 – конечный язык, то язык L1 \ L2 ∪ L2 L1 является регулярным.
Если L L1, 2 – регулярные языки, то язык
{α1α1α2α2 | (l α1 ) = l(α2 ),α1 ∈L1,α2 ∈L2} является регулярным.
Если L – регулярный язык и L = L1 ⊕ L2 , то языки L1 и L2 являются регулярными.
Если L L1, 2 – регулярные языки, то язык
{α|α∈L1 и α∈L2}\{β|β∈L1 и 2 ≤ l( )}β является регулярным. Задание 1.5. (вариант 1)
ПустьA={ab, }, L={abbbabbaaaaba, , , , }. Какие из следующих выражений верны (Указать правильные варианты ответов).
aaELabb
aE bL
abELaa
bababELbabab
baELbabab
aaE aL
Решение:
Пусть α= aa , β= abb. Далее будем рассматривать пары слов αγ и βγ. Если γ=λ, то αγ= aa∈ L, βγ= abb∈L. Если γ= a , то αγ= aaa∉L, βγ= abba∉L. Если γ=b, то αγ= aab∈L, βγ= abbb∈L. Если l( )γ ≥ 2,
то αγ,βγ∉L. Отсюда по определению αEL β.
Пусть α= a , β= b. Далее будем рассматривать пары слов αγ и βγ. Если
γ = λ, то αγ= a∈L, βγ = b∉L. Отсюда по определению αEL β.
Пусть α= ab, β= aa. Далее будем рассматривать пары слов αγ и βγ.
Если γ=λ, то αγ= ab∉L, βγ= aa∈L. Отсюда по определению αEL β.
Пусть α= babab, β= babab. Тогда α= β, но т.к. бинарное отношение EL рефлексивно, то αEL β.
Пусть α= ba , β= babab. Далее будем рассматривать пары слов αγ и βγ.
Несложно увидеть, что для произвольного γ∈ A* справедливо αγ,βγ∉L. Отсюда по определению αEL β.
Пустьα= aa, β= a. Далее будем рассматривать пары слов αγ и βγ. Если γ = a, то αγ= aaa∉L, βγ = aa∈L. Отсюда по определению
αEL β. Задание 1.5. (вариант 2)
Пусть A ={a b, }, L ={baaa baa bb bba b, , , , }. Какие из следующих выражений верны (Указать правильные варианты ответов).
baELbb
bE aL
bbELbaa
ababaELababa
bbE bL
abELababa
Задание 1.5. (вариант 3)
ПустьA ={a b, }, L ={aba bba bb ab a, , , , }. Какие из следующих выражений верны (Указать правильные варианты ответов).
abELbb
aE bL
abELaa
bbbaELbbba
bbbELbabab
aaE aL
Задание 1.5. (вариант 4)
Пусть A ={a b, }, L ={bab aab aa ba b, , , , }. Какие из следующих выражений верны (Указать правильные варианты ответов).
abbaELabba
baELaa
aE bL
aaaELabba
aaE aL
baELbb
Задание 1.6. (вариант 1)
Задан следующий конечный автомат с входным алфавитом A ={a b c, , }:
Какие из следующих выражений верны (Указать правильные варианты ответов).
q0 ( )≡ 0 q3
q4 ( )≡ 1 q0
q3 ( )≡ q4
q1 ( )≡ 1 q3
Решение:
Будем рассматривать пары состояний g qˆ( 0 ,γ) и g qˆ( 3 ,γ) при γ∈ A* , l( )γ ≤ k , где k = 0. Пусть γ = λ, т гдао g qˆ( 0 , )γ = q0 ∉ F , g qˆ( 3 , )γ = q3 ∉F . Отсюда по определению q0 ( )≡ 0 q3 .
Будем рассматривать пары состояний g qˆ( 4 ,γ) и g qˆ( 0 ,γ) при γ∈ A* , l( )γ ≤ k , где k =1. Пусть γ=λ, тогда g qˆ( 4 , )γ = q4 ∉F , g qˆ( 0 , )γ = q0 ∉F . Пусть γ = a, тогда g qˆ( 4 , )γ = q4 ∉F , gˆ(q0 , )γ = q1 ∉F . Пусть γ= b, тогда g qˆ( 4 , )γ = q0 ∉ F , gˆ(q0 ,γ) = q1 ∉F . Отсюда по определению q0 ( )≡ 1 q3 .
Будем рассматривать пары состояний gˆ(q3 , )γ и g qˆ( 4 , )γ при γ∈ A*. Пусть γ= bab, тогда g qˆ( 3 , )γ = q0 ∉F , g qˆ( 4 ,γ) = q2 ∈ F и γ является
словом, различающим состояния q3 , q4 . Отсюда по определению q3( )≡ q4 .
Будем рассматривать пары состояний gˆ(q1, )γ и gˆ(q3, )γ при γ∈ A*, l( )γ ≤ k , где k =1. Пусть γ= b, тогда g qˆ( 1, )γ = q2 ∈ F , g qˆ( 3, )γ = q3 ∉F и γ является словом, различающим состояния q1, q3 . Отсюда по
определению q1( )≡ 1 3q . Задание 1.6. (вариант 2)
Задан следующий конечный автомат с входным алфавитом A ={a b c, , }:
Какие из следующих выражений верны (Указать правильные варианты ответов).
q3 ( )≡ q0
q0 ( )≡ 0 q1
q4 ( )≡ 1q3
q0 ( )≡ 2 q4
Задание 1.6. (вариант 3)
Задан следующий конечный автомат с входным алфавитом A ={a b c, , }:
Какие из следующих выражений верны (Указать правильные варианты ответов).
q1( )≡ q4
q3( )≡ 0 q4
q2 ( )≡ 1q3
q3 ( )≡ 1q4
Задание 1.6. (вариант 4)
Задан следующий конечный автомат с входным алфавитом A ={a b c, , }:
Какие из следующих выражений верны (Указать правильные варианты ответов).
q3 ( )≡ 1q2
q3 ( )≡ 0 q1
q0 ( )≡ q4
q3 ( )≡ 1q0
Вопросы к экзамену по
ПМ.01. Участие в проектировании сетевой инфраструктуры
МДК 01.02
Математический аппарат для построения компьютерных сетей
Тема 2.1-Тема 2.3
Типы графов.
Маршруты и связность.
Экстремальные графы.
Графы пересечений.
Операции над графами.
Точки сочленения, мосты и блоки.
Графы блоков и графы точек сочленения.
Описание деревьев.
Деревья блоков и точек сочленения.
Независимые циклы и коциклы.
Связность и реберная связность.
Эйлеровы графы.
Гамильтоновы графы.
Характеризация реберных графов.
Реберные графы и обходы.
Древесность.
Плоские и планарные графы.
Характеризации планарных графов.
Род, толщина, крупность, число скрещиваний.
Матрица смежностей.
Матрица инцинденций.
Группа автоморфизмов графа.
Симметрические графы.
Перечисление графов.
Перечисление деревьев.
Орграфы и соединимость.
Ориентированная двойственность и бесконтурные орграфы.
Орграфы и матрицы.
Понятие конечного автомата. Определение конечного автомата. Способы задания конечного автомата. Примеры конечных автоматов. Каноническое уравнение автомата.
Комбинационные схемы (КС) и цифровые автоматы. Системы логических элементов. Логические соглашения.
Особенности синтеза КС в монофункциональном базисе И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Учёт ограничений на число входов логических элементов.
Синтез одноразрядного сумматора. Многоразрядный сумматор с последовательным переносом.
Абстрактный автомат. Основные определения.
Автоматные языки для задания и отображения абстрактных автоматов
Минимизация полностью определённых автоматов.
Сравнительная оценка функционирования машины Тьюринга и конечного автомата.
Канонический метод синтеза структурного автомата синхронного типа. Пример.
Эвристический метод кодирования состояний автомата, минимизирующий суммарное число переключений триггеров на всех переходах автомата.
Преобразование кодированного графа МП в граф автомата Мили. Функционирование автомата Мили в течение машинного такта.
Синтез управляющего автомата Мили на основе структурной таблицы.
Синтез управляющего автомата Мура на основе структурной таблицы.
Понятие о случайном событии.
Полная группа событий.
Элементарные, благоприятствующие события.
Вероятность события.
Классическое определение вероятности.
Относительная частота.
Статистическое определение вероятности.
Теоремы сложения вероятностей.
Теоремы умножения вероятностей.
Геометрическое определение вероятности.
Виды случайных величин;
Статистические характеристики дискретной случайной величины; 3) Наглядное представление статистических данных; 4) Примеры применения статистических величин.
Заключение
В данном учебном пособии рассмотрены конспекты лекций, тестовые задачи, вопросы к экзаменам. В дальнейшем планируется расширить представленный материал и дополнить его методическими указаниями, примерами и задачами. Пособие может быть полезно всем желающим получить начальные знания по изложенным разделам дискретной математики, так как теория автоматов лежит в основе всех цифровых технологий и программного обеспечения, так например компьютер является частным случаем практической реализации конечного автомата.
Часть математического аппарата теории автоматов напрямую применяется при разработке лексеров и парсеров для формальных языков, в том числе языков программирования, а также при построении компиляторов и разработке самих языков программирования.
Другое важнейшее применение теории автоматов — математически строгое нахождение разрешимости и сложности задач. Список рекомендуемой литературы Основная литература.
Коган Д.И., Бабкина Т.С. Основы теории конечных автоматов и регулярных языков. Учебное пособие. Издательство ННГУ. 2002.
Ахо А., Хопкрофт Дж., Ульман Дж. Теория синтаксического анализа, перевода и компиляции в 2 тт. Т. 1. М.: Мир. 1978.
Сергиевский Г.М. Лингвистические модели. М.: МИФИ, 1983.
Рейуорд-Смит В.Дж. Теория формальных языков. М.: Радио и связь, 1988.
Кузнецов О.П., Адельсон-Вельский Г.М. Дискретная математика для инженера.М.: Энергоатомиздат, 1988
Горбатов В.А. Основы дискретной математики. М.: Высшая школа, 1986
Горбатов В.А. Фундаментальные основы дискретной математики. М.: Наука, 2000
Дополнительная литература.
Гинзбург С. Математическая теория контекстно-свободных языков - М.: Мир. 1973.
Глушков В.М. Синтез цифровых автоматов. - М.: Физматгиз. 1980.
Карпов Ю.Г. Теория автоматов. - С.Пб.: Изд.дом "Питер". 2002.
Sipser M. Introduction to the Theory of Computation (2nd edition). PWS Publishing company. 2005.
|