DFA与NFA的区别,由正规表达式构造DFA,以及DFA的相关化简

简介: DFA与NFA的区别,由正规表达式构造DFA,以及DFA的相关化简

1.DFA(确定有穷自动机)和NFA(不确定的有穷自动机)的区别

(1)DFA只能单值映射,而NFA则能推出多个值:

DFA

NFA

2)初态不同:


DFA中有且仅有一个初态。这个初态是自动机开始处理输入串时的初始状态,从这个状态开始进行状态转移,直到输入串处理完毕。

在NFA中,可以有多个初态。NFA允许有多个状态作为初始状态,即可以从多个状态同时开始处理输入串,从而导致在给定输入下存在多条可能的路径。


(3)转换过程不同:


NFA的状态转换过程中可以有空串,如下图即为NFA:

这就导致了一个问题:开始之后,在给出字符a或b之前,我们能够确定当前是处于1状态还是2状态吗?很显然,我们是无法确定的,因此才被称为不确定的有穷自动机,因为空串的存在,我们无法确定当前的具体状态是什么,NFA便于定理的证明,但是DFA便于识别,利于计算机实现:


NFA的不确定表现我们可以概括为:1.多值映射        2.带空转移


所以我们通常要将NFA转换为DFA

2.根据五元组构建DFA和NFA        

例题1:

这里的五元组分别对应有限状态集,有穷输入字母表,映射关系,初态和终态

例题2:

3.由正规式到DFA

正规式--->NFA---->DFA

首先讲如何从正规式到NFA

转换规则:

例题1:这里圆圈里面的命名是随意的,只要能区别开就可以了

例题2:

如何从NFA到DFA

NFA---->状态转换表---->状态转换矩阵---->DFA

如下例题:

以上NFA的转换表如下图所示:


这里的"I"是从x出发的状态,"Ia"表示I集合中的字符经过a的状态的集合(注:除了空字符()外,其他字符只能走一段)


规则:


第一行第一个:若经过的是(空串),那么就经过空串后到达的字符加入到集合中,如果没有经过空串,就不到达。


第二列:在第一列中的字符,经过a的都加入进去。例如第一列为{X,1,2},那么


X:X经过的是(空串),没有经过a


1:1经过了a,加入1,并且将a后面经过(空串)的字符全部加入进去,即{1,2}

2:2经过了a到达3,可以加入进去,即{2,3},这里只能经过一个a:

例如:这里那么1只能推出3,不能再继续推出2了

所以注意:相应的字符不能连续,但是连续 (空串)后的字符可以加入进去

第三列:与第二列同理,只是字符a变为了字符b

最后得到这里的第一行:

这里的第一列的每一行就是列举上一行中出现的集合,例如第二列,列举的就是上一行中出现的红框的集合

就拿I={1,2,3}具体说:

由图,1经过a的状态有:1,2,2经过a的状态有3,3经过a的状态有5,6,Y(因为5后面接的就是 串),所以 ={1,2,3,5,6,Y}

以此类推就能得到转换表,再将相同的集合表示出来,方法就是将第一列从0开始排序,其他列与第一列相同的字符,就赋上相应的序号

就可以进一步得到转换矩阵

再根据状态转换矩阵可得图DFA

注:这个图怎么判断这个状态是不是一个终态(一个圈还是两个圈),那么我们只需要看状态转换表

表中含有Y的集合,就是终态,需要画两个圈

2.DFA的化简

这里终态和非终态的状态分别为终态={3,4,5,6},非终态={0,1,2}


对于非终态{0,1,2}:


将{0,1,2}分别输入a,即{0,1,2}a,通过状态转换矩阵可知,{0,1,2}a={1,3},{1,3}对于{0,1,2}而言,不是包含关系,所以


将得到1的状态和得到3的状态分开:


{0,2}-->{1},{1}--->{3}


再对{0,2}输入b的状态:

{0,2}b--->{2,4},{2,4}不包含在{0,2}中,所以{0}--->{2},{2}---->{4}

对于终态{3,4,5,6}:

{3,4,5,6}a={3,6},包含关系

{3,4,5,6}b={4,5},包含关系

对于非终态有{0}{1}{2}状态,对于终态有{3,4,5,6}状态,将他视为状态{3},那么

这里还是根据状态转换矩阵画,只是看到{3,4,5,6}都指向状态{3}

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