Πεπερασμένα Αυτόματα. ιδάσκοντες: Φ. Αφράτη,. Φωτάκης Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

Σχετικά έγγραφα
Πεπερασμένα Αυτόματα. Πεπερασμένα Αυτόματα. Ορισμός. Παράδειγμα

Κανονικές Γλώσσες. ιδάσκοντες: Φ. Αφράτη,. Φωτάκης Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

Κανονικές Γλώσσες. Κανονικές Γλώσσες. Κανονικές Γλώσσες και Αυτόματα. Κανονικές Γλώσσες και Αυτόματα

Η δυαδική σχέση M ( «παράγει σε ένα βήμα» ) ορίζεται ως εξής: (q, w) M (q, w ), αν και μόνο αν w = σw, για κάποιο σ Σ

HEAD INPUT. q0 q1 CONTROL UNIT

ΕΠΛ 211: Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητας. Διάλεξη 4: Μη Ντετερμινιστικά (Αντιαιτιοκρατικά) Πεπερασμένα Αυτόματα (ΝFA)

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα Κανονικές Γλώσσες (1)

ΕΠΛ 211: Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητας. Επανάληψη Μαθήματος

ΕΠΛ 211: Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητας. Διάλεξη 3: Ντετερμινιστικά Πεπερασμένα Αυτόματα (DFA)

Αυτόματα και Υπολογιστικά Μοντέλα Automata and Models of Computation

Ελληνική Δημοκρατία Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Ηπείρου. Θεωρία Υπολογισμού. Ενότητα 8 : Αυτόματα NFA - DFA. Αλέξανδρος Τζάλλας

Σειρά Προβλημάτων 1 Λύσεις

(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις

Σειρά Προβλημάτων 1 Λύσεις

(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις

ΕΠΛ 211: Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητας. Διάλεξη 9: Αυτόματα Στοίβας (Pushdown Automata - PDA)

Συνδυαστική Απαρίθμηση

Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υπολογιστών

Συνδυαστική Απαρίθμηση

Σύνοψη Προηγούµενου. Κανονικές Γλώσσες (1) Προβλήµατα και Γλώσσες. Σε αυτό το µάθηµα. ιαδικαστικά του Μαθήµατος.

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

Συνδυαστική Απαρίθμηση

(Γραμμικές) Αναδρομικές Σχέσεις

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

Ασυμπτωτικός Συμβολισμός

Αρχή Εγκλεισµού-Αποκλεισµού

ιδάσκοντες: Φ. Αφράτη, Σ. Ζάχος,. Σούλιου

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

ιδάσκοντες: Φ. Αφράτη,. Φωτάκης,. Σούλιου Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

ΠΛΗ30 ΕΝΟΤΗΤΑ 3: ΚΑΝΟΝΙΚΕΣ ΓΛΩΣΣΕΣ. Μάθηµα 3.2: ηµήτρης Ψούνης

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα Ασυμφραστικές Γλώσσες (2)

Σειρά Προβλημάτων 1 Λύσεις

Μη-Αριθμήσιμα Σύνολα, ιαγωνιοποίηση

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα

Αρχή του Περιστερώνα. ιδάσκοντες: Φ. Αφράτη,. Φωτάκης Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

Φροντιστήριο 9 Λύσεις

Φροντιστήριο 10 Λύσεις

Αρχή του Περιστερώνα. ιδάσκοντες: Φ. Αφράτη,. Φωτάκης Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

Σχέσεις Μερικής ιάταξης

Σχέση Μερικής ιάταξης Σχέση Μερικής ιάταξης (ή µερική διάταξη): ανακλαστική, αντισυµµετρική, και µεταβατική. Αριθµοί: α β (αλλά όχι α < β), α β, Σύνολ

Γλώσσες Χωρίς Συμφραζόμενα

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα

Σχέσεις Μερικής ιάταξης

Γλώσσες Χωρίς Συμφραζόμενα

ιµελής Σχέση ιατεταγµένο ζεύγος (α, β): ύο αντικείµενα (όχι κατ ανάγκη διαφορετικά) σε καθορισµένη σειρά. Γενίκευση: διατεταγµένη τριάδα (α, β, γ), δι

Διδάσκοντες: Φ. Αφράτη, Δ. Φωτάκης, Δ. Σούλιου Επιμέλεια διαφανειών: Δ. Φωτάκης. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

Εισαγωγικές Έννοιες. ημήτρης Φωτάκης. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Γεννήτριες Συναρτήσεις

Μεταγλωττιστές. Ενότητα 4: Τυπικές γλώσσες (Μέρος 3 ο ) Αγγελική Σγώρα Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

ΘΕΩΡΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜΑΤΩΝ

Υπολογιστική Πολυπλοκότητα Εξέταση Ιουνίου 2017 Σελ. 1 από 5

Συνδυαστική Απαρίθμηση

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Cretive Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπ

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα Ασυμφραστικές Γλώσσες (2)

Συνδυαστική Απαρίθµηση Υπολογισµός (µε συνδυαστικά επιχειρήµατα) του πλήθους των διαφορετικών αποτελεσµάτων ενός «πειράµατος». «Πείραµα»: διαδικασία µ

Αυτόματα. Παράδειγμα: πωλητής καφέ (iii) Παράδειγμα: πωλητής καφέ (iv) Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υπολογιστών. Προδιαγραφές

ιακριτές Μέθοδοι για την Επιστήμη των Υπολογιστών

CSC 314: Switching Theory

Συνδυαστική Απαρίθμηση

ιδάσκοντες: Φ. Αφράτη,. Φωτάκης,. Σούλιου Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

Θεωρία Γραφημάτων: Ορολογία και Βασικές Έννοιες

Chapter 7, 8 : Time, Space Complexity

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Συνδυαστική Απαρίθμηση

Η NTM αποδέχεται αν µονοπάτι στο δέντρο που οδηγεί σε αποδοχή.

Σύνολα. Ορισμός Συνόλου. Υποσύνολα και Κενό Σύνολο. Στοιχεία ενός συνόλου:

Ασκήσεις από παλιές εξετάσεις

Σειρά Προβλημάτων 4 Λύσεις

Αυτόματα. Παράδειγμα: πωλητής καφέ (iii) Παράδειγμα: πωλητής καφέ (iv) Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υπολογιστών 6

771 Η - Θεωρία Υπολογισµών και Αλγορίθµων

Σχέσεις Μερικής ιάταξης

num(m(w 1 ;... ; w k )) = f(num(w 1 ),..., num(w k ))

Σειρά Προβλημάτων 4 Λύσεις

Υπολογιστικό Πρόβληµα

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα

Μηχανές Turing (T.M) I

Σχέσεις. ιδάσκοντες:. Φωτάκης,. Σούλιου Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

Γεννήτριες Συναρτήσεις

Μετασχηματισμοί, Αναπαράσταση και Ισομορφισμός Γραφημάτων

Σχέσεις Μερικής Διάταξης

Γεννήτριες Συναρτήσεις

ιδάσκοντες: Φ. Αφράτη,. Φωτάκης,. Σούλιου Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

771 Η - Θεωρία Υπολογισµών και Αλγορίθµων

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα

Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υπολογιστών

Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητα Κανονικές Γλώσσες (2)

Θεωρία Υπολογισμού. Ενότητα 7 : Ντετερμινιστικά Πεπερασμένα Αυτόματα, Κανονικές Πράξεις. Αλέξανδρος Τζάλλας

Περιεχόμενα Ορισμός και λειτουργία των μηχανών Turing Θεωρία Υπολογισμού Ενότητα 20: Μηχανές Turing: Σύνθεση και Υπολογισμοί Επ. Καθ. Π. Κατσαρός Τμήμ

Στοιχεία Προτασιακής Λογικής

ΕΠΛ 211: Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητας. Διάλεξη 5: Κανονικές Εκφράσεις

ΘΕΩΡΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜΑΤΩΝ

Σε αυτό το µάθηµα. Εισαγωγή στις Μηχανές Turing. Μηχανή Turing (Turing Machine - TM) Μηχανές Turing. Παραδείγµατα Μηχανών Turing

Σειρά Προβλημάτων 1 Λύσεις

Στοιχεία Θεωρίας Υπολογισµού (2): Πεπερασµένα Αυτόµατα, Κανονικές Εκφράσεις

Σειρά Προβλημάτων 4 Λύσεις

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

ΕΠΛ 211: Θεωρία Υπολογισμού και Πολυπλοκότητας. Διάλεξη 10: Αυτόματα Στοίβας II

Σειρά Προβλημάτων 4 Λύσεις

Σειρά Προβλημάτων 4 Λύσεις

Μη Ντετερμινισμός και NP-Πληρότητα

Transcript:

Πεπερασμένα Αυτόματα ιδάσκοντες: Φ. Αφράτη,. Φωτάκης Επιμέλεια διαφανειών:. Φωτάκης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Πεπερασμένα Αυτόματα είναι απλούστερες υπολογιστικές μηχανές. «Κεντρική Μονάδα» με πεπερασμένο #καταστάσεων. Όχι άλλη μνήμη. Είσοδος σειριακά από ταινία μέσω κεφαλής ανάγνωσης. Νέο σύμβολο εισόδου εξετάζεται μία φορά, και προκαλεί αλλαγή κατάστασης. Όχι έξοδος εκτός από χαρακτηρισμό τελευταίας κατάστασης ως κατάσταση αποδοχής. ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 2

Ορισμός Ένα ντετερμινιστικό πεπερασμένο αυτόματο (DFA) είναι μια πεντάδα όπου: Q ένα πεπερασμένο σύνολο καταστάσεων. Σ ένα αλφάβητο (εισόδου). s Q η αρχική κατάσταση. F Q το σύνολο καταστάσεων αποδοχής. η συνάρτηση μετάβασης. 0 0 q 0 q ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 3

Παράδειγμα Αποδέχεται συμβολοσειρές με ζυγό αριθμό 0 και. Αν αλλάξουμε τελικές καταστάσεις; ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 4

Παράδειγμα 0 q 0 0 q q 3 0 0 q 2 q 4 0 Αποδέχεται δυαδικές συμβολοσειρές που αρχίζουν και τελειώνουν με το ίδιο σύμβολο. ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 5

Υπολογισμός DFA DFA Μ(Q, Σ, δ, s, F) αποδέχεται συμβ/ρά w αν ξεκινώντας από αρχική κατάσταση s, αφού επεξεργαστεί το w, καταλήγει σε κατάσταση αποδοχής. Συνολική κατάσταση (configuration) q τρέχουσα κατάσταση. w είσοδος που δεν έχει επεξεργασθεί ακόμη. Συνάρτηση παράγει άμεσα αν και μόνο αν για κάποιο. ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 6

Παράδειγμα 0 0 q 0 q ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 7

Υπολογισμός DFA Σχέση παράγει. αν και μόνο αν υπάρχουν, και τέτοια ώστε: και. Άρα ανν 0 0 q 0 q ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 8

Υπολογισμός DFA DFA Μ δέχεται συμβ/ρά w ή w είναι αποδεκτό από Μ όταν για κάποιο Γλώσσα Μ : Γλώσσα εικονιζόμενου DFA; 0 0 q 0 q ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 9

Παράδειγμα DFA που δέχεται DFA που δέχεται ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 0

Παράδειγμα DFA που δέχεται DFA που δέχεται ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα

Μη Ντετερμινισμός Ντετερμινισμός: επόμενη κατάσταση καθορίζεται από τρέχουσα κατάσταση και σύμβολο εισόδου. Συνάρτηση μετάβασης δ. Μη Ντετερμινισμός: αλλαγή κατάστασης προσδιορίζεται μερικά από τρέχουσα κατάσταση και σύμβολο εισόδου. Τρέχουσα κατάσταση και σύμβολο εισόδου: υπάρχουν καμία ή περισσότερες επόμενες καταστάσεις. Μετάβαση χωρίς να «καταναλωθεί» σύμβολο εισόδου. Σχέση (και όχι συνάρτηση) μετάβασης. Ισοδύναμα, συνάρτηση Συμβ/ρά εισόδου αποδεκτή αν υπάρχει ακολουθία που οδηγεί σε κατάσταση αποδοχής (όπου έχει «καταναλωθεί» είσοδος). ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 2

Παράδειγμα Ντετερμινιστικό αυτόματο που αναγνωρίζει L = {w {0, } * : w έχει είτε ένα μόνο στο τέλος είτε ένα μόνο 0 στο τέλος } 0 s ε q 0* q ε q * 0 Μη ντετερμινιστικό αυτόματο για L. Αποδέχεται αν υπάρχει τρόπος μετάβασης από s q Αν υπάρχει, τον «μαντεύει» (δεν κάνει ποτέ λάθος) Εκτελεί όλες τις επιτρεπτές μεταβάσεις παράλληλα. Υπολογισμός για 000 και 000. ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 3

Παράδειγμα Ντετερμινιστικό αυτόματο που αναγνωρίζει Ο ελάχιστος #καταστάσεων είναι 32. Μη ντετερμινιστικό αυτόματο; Υπολογισμός για 000, 0,, 0000000. Παράδειγμα δέντρου υπολογισμού. ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 4

Ορισμός Ένα μη ντετερμινιστικό πεπερασμένο αυτόματο (NFA) είναι μια πεντάδα όπου: Q ένα πεπερασμένο σύνολο καταστάσεων. Σ ένα αλφάβητο (εισόδου). s Q η αρχική κατάσταση. F Q το σύνολο των καταστάσεων αποδοχής. η σχέση μετάβασης. q 0 0 q 0, ε q 2 ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 5

Υπολογισμός NFA Μ(Κ, Σ,, s, F) αποδέχεται συμβ/ρά w αν ξεκινώντας από αρχική κατάσταση s, αφού επεξεργαστεί w, το Μ μπορεί να καταλήξει σε κάποια κατάσταση αποδοχής. Συνολική κατάσταση (configuration) q τρέχουσα κατάσταση (αλλά μπορεί σε πολλές!). w είσοδος που δεν έχει επεξεργασθεί ακόμη. Σχέση παράγει άμεσα αν και μόνο αν για κάποιο. ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 6

Υπολογισμός NFA Σχέση παράγει. αν και μόνο αν υπάρχουν, και τέτοια ώστε: και. Άρα ανν δύναται ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) 7

Υπολογισμός NFA Σχέση παράγει. αν και μόνο αν υπάρχουν, και τέτοια ώστε: και. Άρα ανν δύναται ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 8

Υπολογισμός NFA NFA Μ δέχεται συμβ/ρά w ή w είναι αποδεκτό από Μ όταν για κάποιο Γλώσσα Μ : Γλώσσα εικονιζόμενου NFA; 0, q 0 q q 2 0 q 3 q 4 ε 0, ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 9

Παράδειγμα NFA που δέχεται ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 20

Μη Ντετερμινισμός Ντετερμινιστικός υπολογισμός: μονοπάτι. Αποδοχή αν καταλήγει σε κατάσταση αποδοχής. Μη ντετερμινιστικός υπολογισμός: δέντρο. Αποδοχή αν υπάρχει κλάδος που οδηγεί σε κατάσταση αποδοχής. Ντετερμινιστικές μηχανές αποτελούν ειδική περίπτωση μη ντετερμινιστικών. εν πρόκειται για ρεαλιστικό μοντέλο υπολογισμού. ιευκολύνουν σχεδιασμό και έλεγχο λειτουργίας. Λειτουργία πιο κοντά στην «ανθρώπινη σκέψη». Ντετερμινιστική προσομοίωση: λειτουργική ισοδυναμία. «Είναι αποτελεσματική;» αποτελεί την ουσία του P vs NP. ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 2

Ισοδυναμία DFA και NFA Αυτόματα Μ και Μ 2 ισοδύναμα: L(M ) = L(M 2 ). Αναγνωρίζουν ίδια γλώσσα με (ενδεχ.) διαφορετική μέθοδο. DFA είναι ειδική περίπτωση των NFA. Για κάθε NFA αυτόματο Μ(Q, Σ,, s, F), υπάρχει ισοδύναμο DFA Μ (Q, Σ, δ, s, F ). ορίζεταιισοδύναμαως NFA βρίσκεται (παράλληλα) σε σύνολο καταστάσεων: Καταστάσεις Μ είναι υποσύνολα Q, Q P(Q) Επόμενη κατάσταση Μ : σύνολο καταστάσεων όπου καταλήγει Μ από τρέχον σύνολο καταστάσεων με συγκεκριμένο σύμβολο εισόδου. ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 22

Ισοδυναμία NFA και DFA Για μεταβάσεις με ε (κενή συμβολοσειρά): Σύνολο καταστάσεων προσιτό από q χωρίς είσοδο. Περιγραφή ντετερμινιστικού Μ : DFA Μ προσομοιώνει NFA Μ (απόδειξη με επαγωγή στο w ): ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 23

Παράδειγμα Κατασκευαστική απόδειξη (εκθετικός χρόνος λόγω P(Q)). ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 24

Παράδειγμα ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 25

Παράδειγμα s 0 0 q 0 0 q 0* 0 q q * 0 q 0, 0, t ιακριτά Μαθηματικά (Άνοιξη 200) Πεπερασμένα Αυτόματα 26