Lý thuyết ngôn ngữ hình thức và ôtômát - Chương mở đầu

Tham khảo tài liệu ''lý thuyết ngôn ngữ hình thức và ôtômát - chương mở đầu'', khoa học xã hội, ngôn ngữ học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Bộ giáo dục đào tạo đại học huế trờng đại học khoa học nguyễn gia định Lý THUYếT NGÔN NGữ HìNH THứC Và ÔTÔMAT q1 q0 0 0 q2 q3 huÕ − 2004 LỜI NÓI ĐẦU Mấy chục năm gần đây, chứng kiến phát triển mãnh liệt lĩnh vực nghiên cứu toán học liên quan đến máy tính tin học Sự phát triển phi thường máy tính thay đổi sâu sắc phương pháp luận khoa học mở chân trời cho tốn học với tốc độ khơng thể sánh suốt lịch sử lâu dài toán học Những phát triển đa dạng toán học trực tiếp tạo “thuở ban đầu” máy tính tin học tiến tin học dẫn đến phát triển mạnh mẽ số ngành tốn học Vì vậy, tốn học đóng vai trò trung tâm sở tin học Có thể kể số lĩnh vực nghiên cứu đáng ý mối quan hệ Thật thú vị nhận thấy lĩnh vực phản ánh phát triển lịch sử tin học Lý thuyết kinh điển tính tốn bắt đầu cơng trình Gưdel, Tarski, Church, Post, Turing Kleene chiếm vị trí trung tâm Trong lý thuyết ơtơmat ngơn ngữ hình thức kinh điển, khái niệm ôtômat, văn phạm ngơn ngữ, với cơng trình sáng giá Axel Thue, Chomsky, Post Ngoài hai lĩnh vực trên, nhiều lĩnh vực quan trọng khác thuộc sở toán học tin học; chẳng hạn, lý thuyết độ phức tạp, ngữ nghĩa lý thuyết tính đắn ngơn ngữ lập trình, lý thuyết mật mã, lý thuyết cấu trúc liệu lý thuyết sở liệu Lý thuyết ngơn ngữ hình thức ơtơmat đóng vai trị quan trọng sở tốn học tin học Ngơn ngữ hình thức sử dụng việc xây dựng ngơn ngữ lập trình, lý thuyết chương trình dịch Các ngơn ngữ hình thức tạo thành cơng cụ mơ tả mơ hình tính tốn cho dạng thơng tin vào-ra lẫn kiểu thao tác Lý thuyết ngơn ngữ hình thức, thực chất lĩnh vực khoa học liên ngành; nhu cầu mơ tả hình thức văn phạm phát sinh nhiều ngành khoa học khác từ ngơn ngữ học đến sinh vật học Do khía cạnh thích hợp lý thuyết ngơn ngữ hình thức có tầm quan trọng định giáo trình Lý thuyết ngơn ngữ hình thức ôtômat Ngoài ra, vấn đề lý thuyết tính tốn tốn có thuật tốn để giải Sự phát triển có tính chất tảng lơgic tốn năm 30 kỷ 20 việc tồn tốn khơng giải được, tốn mà khơng thể có thuật tốn giải chúng Cần phải có mơ hình tính tốn để thiết lập tính khơng giải Mơ hình tính tốn máy Turing, đưa từ trước máy tính điện tử đời lâu Các máy Turing lập thành mô hình tính tốn tổng qt dùng rộng rãi Giáo trình nhằm trình bày văn phạm hình thức ôtômat máy Turing, công cụ sinh ngôn ngữ, đồng thời đề cập đến tính chất ngơn ngữ quy, ngơn ngữ phi ngữ cảnh, ngôn ngữ đệ quy ngôn ngữ đệ quy đếm Ngồi ra, giáo trình giới thiệu sơ lược trình biên dịch, phần quan trọng học phần Chương trình dịch, học phần gắn bó chặt chẽ với Lý thuyết ngơn ngữ hình thức ôtômat Một phần quan trọng lý thuyết thuật tốn lớp ngơn ngữ (hay tốn) P NP lớp ngôn ngữ NP-đầy đủ giới thiệu phần phụ lục Nội dung tài liệu bố trí chương, khơng kể lời nói đầu, mục lục, tài liệu tham khảo phần phụ lục: Chương I: Trình bày khái niệm ngôn ngữ, cấu trúc văn phạm sinh ngôn ngữ phân cấp Chomsky ngơn ngữ Chương II: Trình bày ngơn ngữ quy, có cơng cụ sinh ngơn ngữ quy văn phạm quy, ôtômat hữu hạn (đơn định không đơn định) biểu thức quy Chương III: Đi sâu ngôn ngữ phi ngữ cảnh ôtômat đẩy xuống cơng cụ đốn nhận ngơn ngữ phi ngữ cảnh Chương IV: Giới thiệu máy Turing vấn đề không giải thuật tốn Chương V: Trình bày sơ lược trình biên dịch ngơn ngữ, đặc biệt ngơn ngữ lập trình Đây tài liệu tham khảo, học tập cho sinh viên, học viên cao học nghiên cứu sinh chun ngành Tốn-Tin, Cơng nghệ thơng tin, Tin học quan tâm văn phạm, ngôn ngữ hình thức ơtơmat Chúng tơi xin chân thành cám ơn đồng nghiệp động viên góp ý cho cơng việc viết giáo trình Lý thuyết ngơn ngữ hình thức ơtơmat lời cám ơn đặc biệt xin dành cho Thầy Lê Mạnh Thạnh đồng nghiệp Nguyễn Hoàng Sơn cung cấp số tài liệu quan trọng động viên kịp thời tạo niềm hưng phấn để tác giả giảng dạy viết giáo trình cho học phần Lý thuyết ngơn ngữ hình thức ôtômat Tác giả mong nhận giáo đồng nghiệp độc giả thiếu sót khó tránh khỏi sách Trọng Đơng năm Giáp Thân (2004) Nguyễn Gia Định MỤC LỤC Lời nói đầu Mục lục Chương I: Nhập môn văn phạm ngơn ngữ hình thức… 1.1 Khái niệm ngôn ngữ 1.2 Văn phạm ngôn ngữ sinh văn phạm 1.3 Một số tính chất ngôn ngữ 15 Bài tập Chương I 19 Chương II: Ơtơmat hữu hạn ngơn ngữ quy 20 2.1 Ơtơmat hữu hạn 20 2.2 Quan hệ ôtômat hữu hạn ngơn ngữ quy 28 2.3 Biểu thức quy 32 2.4 Cực tiểu hố ơtơmat hữu hạn 34 Bài tập Chương II 41 Chương III: Ơtơmat đẩy xuống ngơn ngữ phi ngữ cảnh 43 3.1 Văn phạm phi ngữ cảnh suy dẫn 43 3.2 Ơtơmat đẩy xuống 51 Bài tập Chương III 59 Chương IV: Máy Turing 60 4.1 Máy Turing lớp hàm tính 61 4.2 Máy Turing phổ dụng 68 4.3 Vấn đề khơng giải thuật tốn 72 Bài tập Chương IV 75 Chương V: Giới thiệu trình biên dịch 76 5.1 Ngơn ngữ lập trình 76 5.2 Trình biên dịch 80 5.3 Các mối liên quan với trình biên dịch 87 5.4 Nhóm giai đoạn trình biên dịch 91 Phụ lục: Các lớp P NP lớp toán NP-đầy đủ 93 Tài liệu tham khảo 105 ... tính đắn ngơn ngữ lập trình, lý thuyết mật mã, lý thuyết cấu trúc liệu lý thuyết sở liệu Lý thuyết ngơn ngữ hình thức ơtơmat đóng vai trị quan trọng sở tốn học tin học Ngơn ngữ hình thức sử dụng... dựng ngơn ngữ lập trình, lý thuyết chương trình dịch Các ngơn ngữ hình thức tạo thành cơng cụ mơ tả mơ hình tính tốn cho dạng thơng tin vào-ra lẫn kiểu thao tác Lý thuyết ngơn ngữ hình thức, thực... trọng học phần Chương trình dịch, học phần gắn bó chặt chẽ với Lý thuyết ngơn ngữ hình thức ôtômat Một phần quan trọng lý thuyết thuật tốn lớp ngơn ngữ (hay tốn) P NP lớp ngôn ngữ NP-đầy đủ giới