NFA转DFA与DFA化简



正则表达式-->NFA--->DFA--->最简DFA

DFA(有限自动机,每个状态的下一步都是确定的,没有空。只有一个开始状态,只有一个结束状态)

NFA(有可能转到多个状态,可能有空)


※由正则表达式转到NFA

基本可以分成3种:

AB(连接)

A|B(或)

A*(0到多个A)

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例:正则表达式(a|b)*(aa|bb)(a|b)*NFA

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NFADFA匹配串的时间空间复杂度

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NFA的确定化:NFADFA

空闭包,子集法

原理:有些状态是在做同样的工作,他们的工作完全可以用一个状态来做,把这些相同功能的状态组合成一个集合,并把它重新命名为一个状态。

:

将以下NFA转换为DFA

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按下表不断构建,直到Ia,Ib中出现的集合,全部都出现在I中。并且将他们重新编号

(终态是那些有Y的集合,Y为原先NFA的终态)

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转成DFA的结果:

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DFA化简成最简DFA

1.划分终态,非终态: P={{4,5,6,7},{1,2,3}}

2.{4,5,6,7}内部能识别ab,不再划分,(成一个大的部门处理相同的事情

3.{1,2,3} 根据识别a的能力,划分为{1,3}{2}1,3识别a都转到3

  根据识别b的能力,划分为{1} {3} {2}

4.(此例不用考虑这条)删除死循环(即一个对所有输入符号都有到自身转换的非终态)和不可达状态

结果P={{4,5,6,7},{1},{2},{3}}

给四个划分再重新命名 变成1,2,3,4

结果是:

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### NFA 换为 DFA 并进行化简的具体步骤和算法 在编译原理中,NFA(非确定有限自动机)换为 DFA(确定有限自动机)并进行化简是一个重要的过程。以下是具体步骤和算法: #### 1. NFA 换为 DFA 使用子集构造法将 NFA 换为 DFA。具体步骤如下: - **初始化**:从 NFA 的初始状态开始,计算 ε-闭包(即从该状态出发通过 ε 移能够到达的所有状态集合),并将此集合作为 DFA 的初始状态。 - **状态扩展**:对于每个新生成的 DFA 状态(即 NFA 状态的集合),对所有可能的输入符号计算其下一状态集合,并将其加入 DFA 的状态集中[^1]。 - **重复扩展**:继续扩展新的 DFA 状态,直到没有新的状态可以生成为止。 - **标记接受状态**:如果某个 DFA 状态包含 NFA 的任何接受状态,则该 DFA 状态也被标记为接受状态。 #### 2. DFA化简 DFA 化简的目标是通过合并等价状态减少状态数,从而得到最简 DFA。以下是具体的化简算法: ##### 初始化划分 将 DFA 的状态集分为两组: - 接受状态集合 \( Z \)。 - 非接受状态集合 \( S - Z \)[^3]。 ##### 迭代划分 - 对于当前划分 \( \Pi \),检查每个组 \( G \) 中的状态是否可以进一步划分。 - 如果组 \( G \) 中的两个状态 \( S_i \) 和 \( S_j \) 在某个输入符号 \( a \) 下的移指向不同的组,则将 \( S_i \) 和 \( S_j \) 分开[^2]。 - 更新划分 \( \Pi_{\text{new}} \),用新的小组代替原来的组 \( G \)。 - 如果 \( \Pi_{\text{new}} = \Pi \),则停止迭代;否则,令 \( \Pi := \Pi_{\text{new}} \),继续迭代。 ##### 合并等价状态 - 在最终划分 \( \Pi \) 中,每个组代表一组等价状态。 - 从每个组中选择一个状态作为代表,删除其他状态,并调整状态间的移关系[^3]。 ##### 删除无关状态 - 如果存在某些状态无法从初始状态通过任何路径到达,则这些状态是无关状态,应从 DFA 中删除。 - 同时删除从其他状态到无关状态的所有移[^3]。 #### 示例代码 以下是一个简单的 Python 实现,展示如何通过子集构造法将 NFA 换为 DFA,并对其进行化简: ```python from collections import defaultdict, deque def epsilon_closure(nfa, states): closure = set(states) stack = list(states) while stack: state = stack.pop() for next_state in nfa[state].get('ε', []): if next_state not in closure: closure.add(next_state) stack.append(next_state) return frozenset(closure) def subset_construction(nfa, start_state, accept_states): dfa = {} queue = deque([epsilon_closure(nfa, {start_state})]) visited = set([queue[0]]) while queue: current = queue.popleft() dfa[current] = {} for symbol in nfa[current].keys(): if symbol != 'ε': next_states = set() for state in current: next_states.update(nfa[state].get(symbol, [])) next_closure = epsilon_closure(nfa, next_states) if next_closure not in visited: visited.add(next_closure) queue.append(next_closure) dfa[current][symbol] = next_closure dfa_accept_states = {state for state in dfa if not state.isdisjoint(accept_states)} return dfa, frozenset(dfa.keys()), dfa_accept_states def minimize_dfa(dfa, start_state, accept_states): partition = [{state for state in dfa if state in accept_states}, {state for state in dfa if state not in accept_states}] changed = True while changed: changed = False new_partition = [] for group in partition: subgroup_map = defaultdict(set) for state in group: key = tuple(dfa[state].items()) subgroup_map[key].add(state) if len(subgroup_map) > 1: changed = True new_partition.extend(subgroup_map.values()) else: new_partition.append(group) partition = new_partition state_map = {} for i, group in enumerate(partition): for state in group: state_map[state] = f"q{i}" minimized_dfa = {} for state, transitions in dfa.items(): new_state = state_map[state] minimized_dfa[new_state] = {symbol: state_map[next_state] for symbol, next_state in transitions.items()} minimized_start = state_map[start_state] minimized_accept = {state_map[state] for state in accept_states} return minimized_dfa, minimized_start, minimized_accept ``` ###
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