Формальные грамматики 2014 — различия между версиями

Материал из SEWiki
Перейти к: навигация, поиск
(Лекция 15: Разрешимость свойств грамматик)
м
 
(не показано 19 промежуточных версий 1 участника)
Строка 3: Строка 3:
  
 
== Содержание лекций ==
 
== Содержание лекций ==
 +
 +
Приветствуются любые замечания
 +
по содержанию материалов к лекциям:
 +
если что-то неправильно или плохо понятно,
 +
то, пожалуйста, напишите, что именно.
  
 
=== Лекция 1: Введение, регулярные языки ===
 
=== Лекция 1: Введение, регулярные языки ===
Строка 144: Строка 149:
  
 
[[Файл:Formal grammars 2014 lecture 14.pdf]]
 
[[Файл:Formal grammars 2014 lecture 14.pdf]]
 +
(редакция от 2 октября)
  
 
=== Лекция 15: Разрешимость свойств грамматик ===
 
=== Лекция 15: Разрешимость свойств грамматик ===
Строка 170: Строка 176:
 
# Построить грамматику 1-го порядка для языка <math>\{ww \mid w \in \{a, b\}^*\}</math>.
 
# Построить грамматику 1-го порядка для языка <math>\{ww \mid w \in \{a, b\}^*\}</math>.
  
=== Задание 2: (сочиняется) ===
+
[[Файл:Formal grammars 2014 homework 1 solutions.pdf]]
 +
 
 +
''(проверенные работы переданы на кафедру)''
 +
 
 +
=== Задание 2: к 13 октября ===
 +
 
 +
# Постоить обыкновенную грамматику ''в нормальном виде Хомского'' для языка Дика <math>D=\{\varepsilon, ab, aabb, abab, aaabbb, \ldots\}</math> над алфавитом <math>\{a, b\}</math>. Для этой грамматики и для входной строки <math>w=abaabba \notin D</math>, построить таблицу разбора <math>T_{i,j}</math>, как в алгоритме Кокка–Касами–Янгера.
 +
# Рассмотреть работу алгоритма Валианта (синтаксический анализ через умножение матриц, лекции 9-10) для грамматики, построенной в прошлом упражнении. Среди всех действий, производимых алгоритмом, найти то произведение булевых матриц, после вычисления которого  станет верным условие <math>S \in f(P_{0,6})</math>, где <math>S</math> — начальный символ грамматики. Описать, когда и как именно вычисляется это произведение — то есть, какая процедура, вызванная с какими значениями, и какой оператор в ней умножает какие две булевы матрицы какого размера, каков результат умножения, и какие элементы <math>P_{i,j}</math> будут этим затронуты?
 +
# Замкнут ли класс LL языков относительно пересечения с регулярными языками? Если замкнут, привести построение (см. построение такого рода для всего класса обыкновенных грамматик в материалах к лекциям 2-4), а если незамкнут, привести пример LL грамматики и регулярного языка с доказательством несуществования LL грамматики для их пересечения (см. доказательства такого рода в материалах к лекции 11).
 +
# Построить линейную грамматику для языка <math>f(L_0)</math>, где <math>L_0 = \{ w\$w^R \mid w \in \{a,b\}^* \}</math> и <math>f(L) = \{ [w_{1,1} \# \ldots \# w_{1, k_1}] \ldots [w_{m,1} \# \ldots \# w_{m, k_m}] \mid \exists i_1, \ldots, i_m: \; w_{1,i_1} w_{2,i_2} \ldots w_{m,i_m} \in L \}</math> (это NLOGSPACE-полный язык, приведённый на лекции).
 +
# Разрешима ли такая задача: «по данной обыкновенной грамматике, определить, порождает ли она хотя бы одну строку чётной длины»? Если разрешима, привести алгоритм, а если неразрешима, доказать это с помощью методов лекции 15 (использовав язык VALC в готовом виде, или же определив новый его вариант).
 +
# Разрешима ли такая задача: «по данной обыкновенной грамматике, определить, порождает ли она хотя бы одну строку-палиндром <math>w</math>, т.е., строку, для которой <math>w=w^R</math>»?
 +
# Для произвольной данной линейной грамматики G, пусть <math>L=\{vu \mid uv \in L(G)\}</math> — циклический сдвиг порождаемого ею языка. Построить алгоритм, определяющий принадлежность данной на входе строки языку <math>L</math>, и ''использующий как можно меньше памяти''. Объём памяти считать функцией <math>s(n)</math>, где <math>n</math> — длина входной строки, и этот объём должен быть по крайней мере меньше, чем линейным. Примечания: алгоритм строится по грамматике, и потому зависимостью требуемого объёма памяти от размера этой грамматики можно пренебречь; алгоритм должен быть детерминированным; если получится использовать алгоритмы, приведённые на лекциях, то их можно не повторять, но нужно указать, как именно и к чему именно они применяются.
 +
 
 +
''(задания принимаются по эл. почте в формате pdf, печатном или отсканированном рукописном; отсканированные файлы должны быть пригодны для печати и умещаться в один мегабайт)''
 +
 
 +
''(11 декабря: все работы проверены, скоро будут результаты)''
 +
 
 +
 
 +
 
 +
[[Category:Осень 2014]]

Текущая версия на 12:54, 15 февраля 2015

Курс «Формальные грамматики»: сентябрь 2014 г., 15 лекций, лектор: Александр Охотин (университет Турку, Финляндия).

Содержание лекций

Приветствуются любые замечания по содержанию материалов к лекциям: если что-то неправильно или плохо понятно, то, пожалуйста, напишите, что именно.

Лекция 1: Введение, регулярные языки

Математические модели синтаксиса. Формальные языки. Детерминированные и недетерминированные конечные автоматы, регулярные выражения, их равносильность. Примеры. Замкнутость относительно основных действий. Нерегулярные языки. (8 сентября)

Файл:Formal grammars 2014 lecture 1.pdf

Лекция 2: Обыкновенные грамматики

Обыкновенные формальные грамматики (в терминологии Хомского, «бесконтекстные»). Определения через перезапись строк, через деревья разбора, через логический вывод и через языковые уравнения. Равносильность определений. Примеры грамматик. Замкнутость относительно объединения, конкатенации, звёздочки, а также циклического сдвига. (8 сентября)

Файл:Formal grammars 2014 lectures 2 3 4.pdf (редакция от 16 сентября, добавлены все недостающие разделы)

Лекция 3: Свойства обыкновенных грамматик

Замкнутость относительно пересечения с регулярными языками. Языки, не представимые грамматиками. Лемма накачки, лемма Огдена. Грамматики над односимвольным алфавитом. Нормальный вид Хомского. (9 сентября)

Лекция 4: Представления обыкновенных грамматик

Нормальный вид Грейбах. Нормальный вид Розенкранца. Теорема Хомского--Шюценберже о представлении обыкновенных языков через язык Дика. Теорема Грейбах о «самом сложном языке». (9 сентября)

Лекция 5: Конъюнктивные грамматики

Определения конъюнктивных грамматик через логический вывод, перезапись термов, деревья разбора и языковые уравнения. Примеры грамматик: wcw, объявление перед использованием, степени четвёрки. Приведение к нормальному виду Хомского. Понятие о булевых грамматиках. (11 сентября)

Файл:Formal grammars 2014 lecture 5.pdf

Лекция 6: Однозначные грамматики

Неоднозначность в естественных языках и языках программирования. Комбинаторные и аналитические методы доказательства существенной неоднозначности. (11 сентября)

Файл:Formal grammars 2014 lecture 6.pdf

Лекция 7: Линейные грамматики

Обыкновенные линейные грамматики, лемма накачки для них. Линейные конъюнктивные грамматики и клеточные автоматы, их равносильность. Лемма Терье. (12 сентября)

Файл:Formal grammars 2014 lecture 7.pdf

Лекция 8: Многокомпонентные грамматики, логика FO(LFP)

Грамматики обёртывания пар и грамматики надстройки деревьев (tree-adjoining grammars). Логика первого порядка над позициями в строке FO(LFP), представление грамматик в этой логике. Алгоритм проверки истинности формул логики FO(LFP) как прототип алгоритмов синтаксического анализа. (12 сентября)

Файл:Formal grammars 2014 lecture 8.pdf

Лекция 9: Табличные алгоритмы синтаксического анализа

Алгоритм Кокка-Касами-Янгера. Использование умножения матриц для ускорения алгоритма. Умножение матриц по методу Штрассена и по методу Арлазарова и др. (22 сентября)

Файл:Formal grammars 2014 lectures 9 10.pdf (редакция от 30 сентября)

Лекция 10: Табличные алгоритмы синтаксического анализа (окончание)

Разбор через умножение матриц (алгоритм Валианта). Разбор однозначных грамматик за квадратичное время. Разбор для грамматик обёртывания пар. (22 сентября)

Лекция 11: Разбор сверху вниз

LL(k) анализ для обыкновенных грамматик, рекурсивный спуск. Удаление пустых правил из LL-грамматик. Языки, не представимые LL-грамматиками. Теорема Розенкранца--Стирнса о регулярном объединении LL-языков. (22 сентября)

Файл:Formal grammars 2014 lecture 11.pdf

Лекция 12: LR(k) анализ и детерминированные языки

Анализ через сдвиг и свёртку. Детерминированный конечный автомат, читающий стек. Класс LR(k) грамматик. Построение таблиц по методу SLR(k). Магазинные автоматы и их равносильность LR(k) грамматикам. (24 сентября)

Файл:Formal grammars 2014 lectures 12 13.pdf (весьма неполная редакция от 25 сентября)

Лекция 13: Автоматы, управляемые входом; обобщённый LR

Автоматы, управляемые входом (input-driven automata; visibly pushdown automata). Равносильность их детерминированных и недетерминированных разновидностей. Грамматики, управляемые входом. Обобщённый LR: пример работы, оценки сложности. (24 сентября)

Лекция 14: Вычислительная сложность разбора

Разбор обыкновенных грамматик с использованием памяти , разбор схемой высоты . Линейная грамматика для NLOGSPACE-полного языка. Задача принадлежности данной строки данной обыкновенной грамматике и её P-полнота. Равносильность грамматик 1-го порядка классу P. (24 сентября)

Файл:Formal grammars 2014 lecture 14.pdf (редакция от 2 октября)

Лекция 15: Разрешимость свойств грамматик

Язык вычислений машины Тьюринга (VALC) и его представление в виде пересечения двух LL(1) линейных языков. Неразрешимость основных свойств линейных грамматик. Разрешимость проверки равносильности LL(k) грамматик. Разрешимость задачи включения для автоматов, управляемых входом. Иерархия семейств грамматик. (26 сентября)

Файл:Formal grammars 2014 lecture 15.pdf (редакция от 30 сентября)

Упражнения

Задание 1: к 22 сентября

  1. Построить обыкновенную грамматику для языка всех палиндромов: . Показать, как строка выводится с помощью перезаписи строк. Показать, что эта же строка принадлежит наименьшему решению системы языковых уравнений, построив несколько шагов последовательности .
  2. Доказать, что не существует обыкновенной грамматики для языка
  3. Построить конъюнктивную грамматику для языка .
  4. Построить однозначную обыкновенную грамматику для языка
  5. Является ли язык линейным конъюнктивным?
  6. Пусть --- язык Дика над алфавитом . Существует ли грамматика обёртывания пар для языка ?
  7. Построить грамматику 1-го порядка для языка .

Файл:Formal grammars 2014 homework 1 solutions.pdf

(проверенные работы переданы на кафедру)

Задание 2: к 13 октября

  1. Постоить обыкновенную грамматику в нормальном виде Хомского для языка Дика над алфавитом . Для этой грамматики и для входной строки , построить таблицу разбора , как в алгоритме Кокка–Касами–Янгера.
  2. Рассмотреть работу алгоритма Валианта (синтаксический анализ через умножение матриц, лекции 9-10) для грамматики, построенной в прошлом упражнении. Среди всех действий, производимых алгоритмом, найти то произведение булевых матриц, после вычисления которого станет верным условие , где — начальный символ грамматики. Описать, когда и как именно вычисляется это произведение — то есть, какая процедура, вызванная с какими значениями, и какой оператор в ней умножает какие две булевы матрицы какого размера, каков результат умножения, и какие элементы будут этим затронуты?
  3. Замкнут ли класс LL языков относительно пересечения с регулярными языками? Если замкнут, привести построение (см. построение такого рода для всего класса обыкновенных грамматик в материалах к лекциям 2-4), а если незамкнут, привести пример LL грамматики и регулярного языка с доказательством несуществования LL грамматики для их пересечения (см. доказательства такого рода в материалах к лекции 11).
  4. Построить линейную грамматику для языка , где и (это NLOGSPACE-полный язык, приведённый на лекции).
  5. Разрешима ли такая задача: «по данной обыкновенной грамматике, определить, порождает ли она хотя бы одну строку чётной длины»? Если разрешима, привести алгоритм, а если неразрешима, доказать это с помощью методов лекции 15 (использовав язык VALC в готовом виде, или же определив новый его вариант).
  6. Разрешима ли такая задача: «по данной обыкновенной грамматике, определить, порождает ли она хотя бы одну строку-палиндром , т.е., строку, для которой »?
  7. Для произвольной данной линейной грамматики G, пусть — циклический сдвиг порождаемого ею языка. Построить алгоритм, определяющий принадлежность данной на входе строки языку , и использующий как можно меньше памяти. Объём памяти считать функцией , где — длина входной строки, и этот объём должен быть по крайней мере меньше, чем линейным. Примечания: алгоритм строится по грамматике, и потому зависимостью требуемого объёма памяти от размера этой грамматики можно пренебречь; алгоритм должен быть детерминированным; если получится использовать алгоритмы, приведённые на лекциях, то их можно не повторять, но нужно указать, как именно и к чему именно они применяются.

(задания принимаются по эл. почте в формате pdf, печатном или отсканированном рукописном; отсканированные файлы должны быть пригодны для печати и умещаться в один мегабайт)

(11 декабря: все работы проверены, скоро будут результаты)