Q = {q 1, q 2, q 3, q 4 } Σ = {a, b} F = {q 4 },

Samankaltaiset tiedostot
ICS-C2000 Tietojenkäsittelyteoria Kevät 2015

T Syksy 2002 Tietojenkäsittelyteorian perusteet Harjoitus 5 Demonstraatiotehtävien ratkaisut. ja kaikki a Σ ovat säännöllisiä lausekkeita.

ICS-C2000 Tietojenkäsittelyteoria Kevät 2016

Olkoon. M = (Q, Σ, δ, q 0, F)

Olkoon. äärellinen automaatti. Laajennetaan M:n siirtymäfunktio yksittäisistä syötemerkeistä merkkijonoihin: jos q Q, x Σ, merkitään

Automaatin tunnistama kieli on sen hyväksymien merkkijonojen joukko. Täsmällinen muotoilu: δ,q 0,{q 2,q 3,q 6 }), missä

2.6 SÄÄNNÖLLISET LAUSEKKEET Automaattimalleista poikkeava tapa kuvata yksinkertaisia kieliä. Olkoot A ja B aakkoston Σ kieliä. Perusoperaatioita:

Säännöllisten operaattoreiden täydentäviä muistiinpanoja

Automaattimalleista poikkeava tapa kuvata yksinkertaisia kieliä. Olkoot A ja B aakkoston Σ kieliä. Perusoperaatioita:

Laskennan mallit (syksy 2010) 1. kurssikoe, ratkaisuja

ICS-C2000 Tietojenkäsittelyteoria Kevät 2016

2.2 Automaattien minimointi

Laskennan mallit (syksy 2007) Harjoitus 5, ratkaisuja

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, syksy Antti-Juhani Kaijanaho. 22. syyskuuta 2016

ICS-C2000 Tietojenkäsittelyteoria Kevät 2016

Q on automaatin tilojen äärellinen joukko; Σ on automaatin syöteaakkosto; δ : Q Σ Q on automaatin siirtymäfunktio; q 0 Q on automaatin alkutila;

ICS-C2000 Tietojenkäsittelyteoria Kevät 2016

Kuvausta f sanotaan tällöin isomorfismiksi.

TAMPEREEN YLIOPISTO Valinnaisten opintojen syventäviin opintoihin kuuluva tutkielma. Lauri Kumpulainen. Büchin automaateista

Täydentäviä muistiinpanoja epädeterministisistä äärellisistä automaateista

Laskennan mallit Erilliskoe , ratkaisuja (Jyrki Kivinen)

Säännöllisestä lausekkeesta deterministiseksi tilakoneeksi: esimerkki

Laskennan perusmallit (LAP)

Kognitiivinen mallintaminen I, kevät Harjoitus 1. Joukko-oppia. MMIL, luvut 1-3 Ratkaisuehdotuksia, MP

7.lk matematiikka. Geometria 1

Laskennan perusmallit 2013: Kertausta

Kertausta: kielet ja automaatit. ICS-C2000 Tietojenkäsittelyteoria. Alue ja aiheet. Äärelliset automaatit

2.1 Vaillinaiset yhtälöt

6.2 Algoritmin määritelmä

Esimerkki 8.1 Määritellään operaattori A = x + d/dx. Laske Af, kun f = asin(bx). Tässä a ja b ovat vakioita.

OSA 1: POLYNOMILASKENNAN KERTAUSTA, BINOMIN LASKUSÄÄNTÖJÄ JA YHTÄLÖNRATKAISUA

AUTOMAATTIEN SYNKRONISAATIOSTA

Automaatit. Muodolliset kielet

Havaitaan: muuttujan NykyisetTilat arvot kuuluvat potenssijoukkoon P(Q).

TEHTÄVÄ 1. Olkoon (f n ) jono jatkuvia funktioita f n : [a, b] R, joka suppenee välillä [a, b] tasaisesti kohti funktiota f : [a, b] R.

Kieli, merkitys ja logiikka, kevät 2011 HY, Kognitiotiede. Vastaukset 2.

Riemannin integraali

Neliömatriisin A determinantti on luku, jota merkitään det(a) tai A. Se lasketaan seuraavasti: determinantti on

Matematiikan tukikurssi

Laskennan perusmallit (LAP)

T /2 Tietojenkäsittelyteorian perusteet T/Y

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2017 Harjoitus 6, ratkaisuista. 1. Onko jokin demojen 5 tehtävän 3 relaatioista

Pythagoraan lause. Pythagoras Samoslainen. Pythagoraan lause

T /1002 Tietojenkäsittelyteorian perusteet T/Y

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, kesä Antti-Juhani Kaijanaho. 29. toukokuuta 2013

Riemannin integraalista

II.1. Suppeneminen., kun x > 0. Tavallinen lasku

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, kevät 2011 (IV) Antti-Juhani Kaijanaho. 31. maaliskuuta 2011

3.3 KIELIOPPIEN JÄSENNYSONGELMA Ratkaistava tehtävä: Annettu yhteydetön kielioppi G ja merkkijono x. Onko

(0 1) 010(0 1) Koska kieli on yksinkertainen, muodostetaan sen tunnistava epädeterministinen q 0 q 1 q 2 q3

Ristitulo ja skalaarikolmitulo

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, syksy Antti-Juhani Kaijanaho. 16. marraskuuta 2015

A-Osio. Valitse seuraavista kolmesta tehtävästä kaksi, joihin vastaat. A-osiossa ei saa käyttää laskinta.

1.3 Toispuoleiset ja epäoleelliset raja-arvot

2.5 Säännöllisten kielten rajoituksista

Digitaalinen videonkäsittely Harjoitus 5, vastaukset tehtäviin 25-30

Tehtävä 1. Jatka loogisesti oheisia jonoja kahdella seuraavaksi tulevalla termillä. Perustele vastauksesi

T /1002 Tietojenkäsittelyteorian perusteet T/Y

9 A I N. Alkuperäinen piiri. Nortonin ekvivalentti R T = R N + - U T = I N R N. Théveninin ekvivalentti DEE SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Syksyn 2015 Pitkän matematiikan YO-kokeen TI-Nspire CAS -ratkaisut

Käydään läpi: ääriarvo tarkastelua, L Hospital, integraalia ja sarjoja.

Hahmon etsiminen syotteesta (johdatteleva esimerkki)

12. Merkkijonot Merkkijonojen abstrakti tietotyyppi

5 Epäoleellinen integraali

.) (b) Vertaa p :tä vastaavaa kineettistä energiaa perustilan kokonaisenergiaan. ( ) ( ) = = Ek

Arvostelu OHJ Johdatus tietojenkäsittelyteoriaan syksy op. Viikkoharjoitukset. Materiaali. Kurssista voi selvitä parhaalla mahdollisella

3 Mallipohjainen testaus ja samoilutestaus

θ 1 θ 2 γ γ = β ( n 2 α + n 2 β = l R α l s γ l s 22 LINSSIT JA LINSSIJÄRJESTELMÄT 22.1 Linssien kuvausyhtälö

Laskennan mallit (syksy 2010) Harjoitus 4, ratkaisuja

6 Kertausosa. 6 Kertausosa

2. Laadi regexp, jonka avulla egrep-ohjelma löytää tekstitiedostosta kaikki

MITEN MÄÄRITÄN ASYMPTOOTIT?

Kirjallinen teoriakoe

Ohjelmistotekniikan matemaattiset menetelmät tentin kysymykset, vastaukset ja arvosteluperiaatteita

Turingin koneen laajennuksia

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, syksy Antti-Juhani Kaijanaho. 19. syyskuuta 2016

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, kevät 2011 (IV) Antti-Juhani Kaijanaho. 19. tammikuuta 2012

LINSSI- JA PEILITYÖ TEORIAA. I Geometrisen optiikan perusaksioomat

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

6 Integraalilaskentaa

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, syksy Antti-Juhani Kaijanaho. 12. marraskuuta 2015

Täydentäviä muistiinpanoja Turingin koneiden vaihtoehdoista

MS-A010{2,3,4,5} (SCI, ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

( ) Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 321 Päivitetty Saadaan yhtälö. 801 Paraabeli on niiden pisteiden ( x,

vaihtoehtoja TIEA241 Automaatit ja kieliopit, syksy 2016 Antti-Juhani Kaijanaho 13. lokakuuta 2016 TIETOTEKNIIKAN LAITOS

S Laskennallinen systeemibiologia

Suorat, käyrät ja kaarevuus

Matematiikan tukikurssi

M = (Q, Σ, Γ, δ, q 0, q acc, q rej )

4.7.2 Testerit. Test ok. virhe vast.ota. lähetä τ. virhe. virhe. vast.ota. τ τ. vast.ota. lähetä. lähetä. lähetä ok

T Kevät 2009 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 7 (Predikaattilogiikka )

Aiheet. ICS-C2000 Tietojenkäsittelyteoria M := Äärelliset automaatit vs. säännölliset lausekkeet. Äärelliset automaatit

Reaalinen lukualue. Millainen on luku, jossa on päättymätön ja jaksoton desimaalikehitelmä?

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

1. Derivaatan Testi. Jos funktio f on jatkuva avoimella välillä ]a, b[ ja x 0 ]a, b[ on kriit. tai singul. piste niin. { f (x) > 0, x ]a, x 0 [

Sinilause ja kosinilause

ANALYYSI I, kevät 2009

SARJAT JA DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT Funktiojonot 1

LAP: Laskennan perusmallit

Mutta esimerkiksi 0-kertaisesti pumpattaessa: Siten L ei voi olla säännöllinen.

Transkriptio:

T-79.48 Syksy 22 Tietojenkäsittelyteorin perusteet Hrjoitus 4 Demonstrtiotehtävien rtkisut 4. Tehtävä: Ldi epädeterministinen äärellinen utomtti, jok test onko nnetun inäärijonon kolmnneksi viimeinen merkki, j determinisoi se. Vstus: Kielen L = {w {, } w:n kolmnneksi viimeinen merkki on } tunnist epädeterministinen utomtti M = (Q, Σ, δ, q, F ), missä Q = {q, q 2, q 3, q 4 } Σ = {, } F = {q 4 }, j siirtymäfunktio δ on määritelty kuten llolevss kuvss:,,, q q 2 q 3 q4 Konett M vstv deterministinen utomtti M muodostetn siten, että M :n tiloiksi otetn kikki Q:n osjoukot (Q = P(Q)). Tiljoukkoihin koodtn kikki mhdolliset M:n lskennt. Esimerkiksi kun M on lukenut syötteen, voi se oll joko tilss q ti q 3. Niinpä koneen M täytyy smll syötteellä päätyä tiln {q, q 3 }. Muodostetn tilnsiirtofunktio δ : q uusi nimi {q } {q } {q, q 2 } A {q, q 2 } {q, q 3 } {q, q 2, q 3 } B {q, q 3 } {q, q 4 } {q, q 2, q 4 } C {q, q 2, q 3 } {q, q 3, q 4 } {q, q 2, q 3, q 4 } D {q, q 3, q 4 } {q, q 4 } {q, q 2, q 4 } E {q, q 4 } {q } {q, q 2 } F {q, q 2, q 3, q 4 } {q, q 3, q 4 } {q, q 2, q 3, q 4 } G {q, q 2, q 4 } {q, q 3 } {q, q 2, q 3 } H Automtin M lopputiloiksi otetn kikki ne tilt, joiss esiintyy jokin M:n lopputiloist. Ylläolevss tulukoss ne on merkitty rstill. B D G A E F C H

5. Tehtävä: Osoit, että jos kkoston Σ = {, } kielet A j B voidn tunnist äärellisillä utomteill, niin smoin voidn tunnist myös kielet Ā = Σ A, A B j A B. Vstus: Olkoon A j B kkoston Σ = {, } kieliä, jotk voidn tunnist äärellisillä utomteill. Hlutn osoitt, että myös kielet Ā = Σ A, A B j A B voidn tunnist äärellisillä utomteill. Ā: Olkoon M A = (Q, Σ, δ, q, F ) deterministinen tilkone, jok tunnist kielen A. Muodostetn tästä kielen komplementin tunnistv utomtti M Ā : M Ā = (Q, Σ, δ, q, Q F ). Kone M Ā toimii muuten täsmälleen smll tp kuin M A, mutt hyväksyvät tilt on muutettu hylkääviksi j päinvstoin. Näin ollen M Ā hyväksyy ne snt, jotk M A hylkää j hylkää ne, jotk M A hyväksyy, joten L(M Ā ) = Ā. Trkstelln esimerkiksi utomtti, jok tunnist kielen: A = {w Σ w on muoto x, missä x Σ }. Kieleen A kuuluvt kikki snt, jotk lkvt -kirjimell j päättyvät -kirjimeen. All esitetään utomtit M A j M Ā : M A : M Ā :, Tässä on huomttv, että esitetty konstruktio toimii vin, jos M A on deterministinen. (Yritä etsiä yksinkertinen vstesimerkki epädeterministiselle tpukselle.) A B: Olkoot M A = (Q A, Σ, δ A, s A, F A ) j M B = (Q B, Σ, δ B, s B, F B ) äärelliset utomtit, jotk tunnistvt kielet A j B. Oletetn lisäksi, että tiljoukot ovt erilliset, eli Q A Q B =. Tämä oletus voidn tehdä, sillä trvittess voidn toisen koneen tilt nimetä uudelleen. Muodostetn epädeterministinen tilkone M A B seurvsti: M A B = (Q, Σ, δ, s, F ), missä Q = Q A Q B {s}, F = F A F B δ = δ A δ B {(s,, s ), (s,, s )}. Kone M A B muodostetn siis yhdistämällä koneet M A j M B. Til s on uusi lkutil, jost voidn siirtyä tyhjällä siirtymällä joko M A :n ti M B :n lkutiln. Jos sn x kuuluu kieleen A, M A B hyväksyy sen siirtymällä luksi tiln s A j suorittmll sen jälkeen smt siirrot kuin kone M A olisi suorittnut. Mikäli x B, siirrytään tiln s B j toimitn kuten M B. Trkstelln edellisessä kohdss esiteltyä utomtti M A sekä uutt utomtti M B, jok tunnist kielen: B = {w Σ w : ssä esiintyy osjono }. M A on välttämättä olemss, sillä mitä thns epädeterminististä utomtti kohden voidn muodost smn kielen tunnistv deterministinen utomtti.

M B :, Kielen A B hyväksyvä utomtti on seurvnlinen: M A B :,, Usein lisätään M A B :hen myös uusi lopputil f, j lisätään sinne tyhjä siirtymä kikist lkuperäisistä lopputiloist q F A F B. Tällöin F = {f}. A B: Väite seur suorn khdest edellisestä kohdst, sillä DeMorgnin sääntöjen perusteell: A B = A B. Trkstelln vielä yllä esiteltyjä koneit M A j M B, j muodostetn kone M A B käyttäen DeMorgnin sääntöä: M Ā : M B:, M Ā B:, q q 2 q 3 q 4,, q 5 q q 7 6 Koneen M Ā B komplementointi vrten se täytyy ensin determinisoid (kone on jo minimoitu, yksityiskohdt liitteenä):

M Ā B : {q, q 5 } {q 2, q 5 } {q 4, q 7 }, {q 3, q x } {q 4, q 6 } {q 2, q 7 } Nyt sdn hluttu kone vihtmll ylläolevn koneen hyväksyvät tilt hylkääviksi j päinvstoin: M A B : {q, q 5 } {q 2, q 5 } {q 4, q 7 }, {q 3, q x } {q 4, q 6 } {q 2, q 7 } Khden utomtin leikkus voidn määritellä myös suorn käyttäen smntpist menetelmää kuin seurvss tehtävässä. 6. Tehtävä: (soveltv) Monet tiedonsiirtoprotokollien nlysointiin käytettävät menetelmät muodostvt järjestelmän til-vruuden, jot tutkimll etsitään ongelmi, esimerkiksi lukkiumi. Yksi tp muodost til-vruus on mllint kutkin protokolln ospuolt erikseen tilkoneell j yhdistää nämä yhdeksi isoksi tilkoneeksi. Olkoon M = (K, Σ,, s, ) j M 2 = (K 2, Σ 2, 2, s 2, ) epädeterministisiä tilkoneit. Yhdistetty tilkone M = (K, Σ,, s, ) muodostetn seurvsti: K = K K 2 Σ = Σ Σ 2 s = (s, s 2 ) Siirtymä (p, p 2 ) (q, q 2 ) kuuluu reltioon mikäli jokin seurvist ehdoist toteutuu:. Σ Σ 2, (p,, q ) j (p 2,, q 2 ) 2. 2. Σ, / Σ 2, (p,, q ) j p 2 = q 2. 3. / Σ, Σ 2, (p 2,, q 2 ) 2 j p = q. Olkoot M j M 2 kuten ll. Muodost yhdistetty tilkone M j osoit, että järjestelmässä on lukkium (eli til, jost ei lähde yhtään siirtymää).

M q scmd rns rns2 q q2 int q3 p p4 rns2 scmd p rns p2 M2 p5 rns rns2 p3 p6 Vstus: Yhdistetyn tilkoneen tiloiksi otetn kikki mhdolliset prit, jotk voidn muodost lkuperäisten tilkoneiden tiloist. Esim, mikäli K = {q, q 2, q 3 } j K 2 = {p, p 2 }, niin yhdistetyn koneen tilt ovt: K = {(q, p ), (q 2, p ), (q 3, p ), (q, p 2 ), (q 2, p 2 ), (q 3, p 2 )}. Konseptulisesti koneiden siirtymät jetn khteen luokkn, sisäisiin j ulkoisiin. Siirtymä on sisäinen, mikäli siihen liittyvä symoli ei kuulu toisen tilkoneen kkostoon. int Tehtävännnoss ino M :n sisäinen siirtymä on q 3 q. Tilkoneell M 2 on neljä sisäistä siirtymää, ne jotk tehdään symolill int 2. Mikäli siirtymän symoli esiintyy molemmiss tilkoneiss, on siirtymä ulkoinen. Yhdistetyn tilkoneen siirtymäreltion muodostmissäännöt trkoittvt käytännössä sitä, että tilkoneet synkronoivt toimintns ulkoisten siirtymien kutt. Tilkone voi tehdä sisäisiä siirtymiä milloin vin, mutt ulkoinen siirtymä voidn tehdä vin, kun molemmt koneet tekevät smn siirtymän smn ikn. Tehtävän tilkoneiden tiljoukot ovt K = {q, q, q 2, q 3 } K 2 = {p, p, p 2, p 3, p 4, p 5, p 6, p 7 },

joten yhdistetyssä tilkoneess on 4 8 = 32 til. Huomttvn moni näistä tiloist ei kuitenkn void koskn svutt, joten til-vruus supistuu muotoon: K = {(q, p ), (q, p ), (q, p 2 ), (q, p 4 ), (q 2, p 3 ), (q 3, p 7 ), (q, p 7 ), (q 3, p )} Tilkoneen siirtymät on esitetty ll olevss kuvss. (q, p2) (q, p) scmd (q, p) int (q, p4) rns (q2, p3) rns2 (q3, p7) int (q, p7) (q3, p) Kuvst huomtn, että tilst (q, p 2 ) ei johd yhtään krt eteenpäin. Kyseiseen tiln on mhdolist päästä lkutilst suorituksell (q, p ) scmd (q, p ) (q, p 2 ), joten systemissä on svutettviss olev lukkium. Tehtävässä ei ole määritelty lopputiloj tilkoneille, kosk tiedonsiirtoprotokolli nlysoitess ei yleensä oll kiinnostuneist yksittäisistä suorituksit vn käsitellään äärettömän mittisi viestijonoj. Tvlliset tilkoneet sllivt inostn äärellisen (tosin mielivltisen pitkän) syötteen, j äärettömiä snoj tunnistmn käytetäänkin vhvempi utomttiluokki, yleensä Büchi-utomttej. Nämä utomtit eivät kuitenkn kuulu tämän kurssin sioihin, j niihin pääsee tutustumn kurssill T-79.79 Rinnkkiset j hjutetut järjestelmät. Liite: tilkoneen minimointi Tilkoneen determinisointilgoritmill sdn tehtävän 5. tilkone M Ā Ā muutettu seurvn muotoon: A C E G B D H, Nyt hlutn löytää pienin deterministinen tilkone, jok tunnist smn kielen. Luennoll esitetty lgoritmi toimii siten, että utomtin tilojen välille määritellään ekvivlenssireltio, jot viheittin trkennetn, kunnes hluttu lopputulos svutetn. Algoritmin ensimmäisessä viheess poistetn kikki tilt, joit ei void svutt lkutilss. Tässä utomtiss sellisi ei ole, joten utomtti pysyy vielä ennlln. Seurvksi muodostetn ensimmäinen ekvivlenssiositus siten, että utomtin lopputiloist tehdään yksi luokk j kikist muist tiloist toinen: F

-ekvivlenssi: Luokk Til I A C (I) B (I) B G (I) H (I) C C (I) D (I) D C (I) E (II) F F (I) E (II) G G (I) B (I) H H (I) H (I) II E F (I) E (II) Kviost huomtn, että I-luokn tiloist D j F siirrytään :llä II-luokn tiln E, kun ts kikist muist tiloist -siirtymä vie johonkin I-luokkn kuuluvn tiln. Erotetn nyt kksi erilist til omksi luokkseen: -ekvivlenssi: Luokk Til I A C (I) B (I) B G (I) H (I) C C (I) D (III) G G (I) B (I) H H (I) H (I) II E F (III) E (II) III D C (I) E (II) F F (III) E (II) Tällä kert tilt C j F eivät sovi luokkiins, j ne täytyy erott omiksi luokikseen. Näin jtketn, kunnes lopult kikki luokt ovt konsistenttej: 2-ekvivlenssi: 3-ekvivlenssi: Luokk Til Luokk Til I A C (IV) B (I) I A C (IV) B (VI) B G (I) H (I) II E F (V) E (II) G G (I) B (I) III D C (IV) E (II) H H (I) H (I) IV C C (IV) D (III) II E F (V) E (II) V F F (V) E (II) III D C (IV) E (II) VI B G (VI) H (VI) IV C C (IV) D (III) G G (VI) B (VI) V F F (V) E (II) H H (VI) H (VI) Kikki luokt ovt nyt konsistentit, j voidn muodost tilkone, jonk tiloin ovt syntyneet ekvivlenssiluokt. Minimoitu kone on esitetty kvion tehtävän 5. vstuksen yhteydessä. Terminä k-ekvivlenssi trkoitt sitä, että kikki smn luokkn kuuluvt tilt käsittelevät smll tp kikki korkeintn k merkkiä pitkiä syötteitä. Jos p k q j tilst p lähtevä k:n pituinen lskent päätyy lopputiln, niin myös q:st lähtevä smll syötteellä tehty lskent päätyy hyväksyvään tiln, j päinvstoin.