Intuice k C-Y-K algoritmu S ->• AB | CD | EF Platí S ^* iv ? IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 1/18 Intuice k C-Y-K algoritmu Problém: Lze v dané gramatice v CNF vygenerovat dané slovo w? Řešení: Pro každé neprázdné podslovo u slova w spočítáme množinu Tu všech neterminálů, z kterých lze odvodit u. ■ u = a mu — abc IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 2/18 S AB | SS | a /\ A4 | BC | a e -)■ /\e i b C -> S/A I í) Příklad Platí S ^* aĎaa IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 Příklad S ->• AB I SS A AA | BC B ^ AB \ b C ^ SA \ b a a Tíj= {XeN\X w = abaa 1 1 3 2 1 3 2 1 b b IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 Algoritmus Cocke-Younger-Kasami Vstup: gramatika Q = (A/, Z, P, S) v CNF, slovo w = ...wn^s Výstup: množiny T,-j = {X g N \ X =>* w,... wi+j_^} 1: for / Si, S -> S2}. Každá derivace v £ začne použitím buď S S-i nebo S S2. Podmínka A/-| n A/2 = 0 zaručí, že při použití S ^ S-i (resp. S S2) lze v dalším derivování používat jen pravidla z Pí (resp. P2). Jazyk /_ = L-i u /_2 je generován gramatikou IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 7/18 Zřetězení L-i je generován CFG = (A/-|, Z-i, P-i, S-i) a L2 je generován CFG Q2 = (A/2,5Z2, P2, S2). Bez újmy na obecnosti můžeme předpokládat A/-| n N2 = 0. Definujeme 5 = (A/1uA/2u {S}, Z1 u Z2, P, S), kde S je nový symbol a P = P1uP2u{S^ S1S2}. Jazyk L = L| .L2 je generován gramatikou IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 8/18 Iterace a pozitivní iterace L-i je generován CFG = (A/-|, Z1, P1, ). Definujeme g = (N^u {S}, Z1, P, S), kde S je nový symbol a Jazyk L = L* je generován gramatikou Definujeme g = (N^u {S}, Z1, P, S), kde S je nový symbol a P=PiU{S^SSi | Jazyk L = Lj je generován gramatikou g. IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 9/18 Korektnost konstrukce pro iteraci Dokážeme L(Q) = L*v IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 10/18 Průnik a doplněk U = {anbncm | m, n > 1} /_2 = {ambncm \ m, n > 1} Oba tyto jazyky jsou CFL. Kbyby C2 byla uzavřena vzhledem k operaci průniku, pak by i L| n L2 = {anbnď | n > 1} musel být bez kontextový, což však není. Neuzavřenost £2 vůči doplňku plyne z její uzavřenosti na sjednocení, neuzavřenosti na průnik a z De Morganových pravidel: L-| n L2 = co-(co-/_-| u co-L2), tj., kdyby £2 byla uzavřena na doplněk, musela by být uzavřena i na průnik, což však není. IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 11/18 Protipříklad k uzavřenosti na doplněk L = {ww | w g {a, by} není CFL. co-L je CFL. IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 12/18 Průnik s regulárním jazykem L= L(V),kdeV\e PDA V = (Qu Z, l~, či, Qi, Z0, F|) fí = /_(.4), kde .4 je deterministický FA A = (Q2,51, <52, q2, ^2) Sestrojíme PDA p' takový, že L(p') = L n R p' = (Q, E, r, 5, Qo, Zo, F), kde ■ Q = Qi x Q2 ■ Qo = (<71, ■ F = F-\ x f2 ■ 5 : pro každé p e q1, q e Q2, a e 51 u {e}, Z e r platí: č«p,q>,a,Z) = {«p',c/>,7) I (p/,7)e51(p,a,Z)a«52(Q,a) = c7/} Zřejmě platí w e L(V) ^we L(P) n L(.A). IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 13/18 Rozhodnutelné problémy pro bezkontextové jazyky Problém příslušnosti Existuje algoritmus, který pro libovolnou danou CFG Q a slovo w rozhoduje, zda w e L(Q) či nikoliv. Problém prázdnosti Existuje algoritmus, který pro libovolnou danou CFG Q rozhoduje, zda L(Q) = 0 či nikoliv. Problém konečnosti Existuje algoritmus, který pro libovolnou danou CFG Q rozhoduje, zda L(Q) je konečný či nikoliv. IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 14/18 Konečnost Věta 3.68. Ke každé CFG Q lze sestrojit čísla m, n taková, že L(Q) je nekonečný právě když existuje slovo z e L(Q) takové, že m < \z\ < n. Důkaz. Předpokládejme, že Q je v CNF Nechť p, q jsou čísla s vlastnostmi popsanými v Lemmatu o vkládání. Položme m = pa n = p + q. (<==) Jestliže z g L{Q) je takové slovo, že |z| > p, pak existuje rozdělení z = uvwxy splňující vx ^ e a uv'wx'y e L(Q) pro všechna / > 0. Tedy jazyk L(Q) obsahuje nekonečně mnoho slov tvaru uv'wx'y, je tedy nekonečný. IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 15/18 (=4>) Nechť L{Q) je nekonečný. Pak obsahuje i nekonečně mnoho slov délky větší než p - tuto množinu slov označme M. Zvolme z M libovolné takové slovo z, které má minimální délku a ukažme, že musí platit p < \z\ < p + q. Kdyby \z\> p + q, pak (opět dle Pumping lemmatu pro CFL) lze z psát ve tvaru z = uvwxy, kde vx ^ e, |iwx| < q a uv'wx'y e L(Q) pro všechna / > 0. Pro / = 0 dostáváme, že uwy e L(Q) a současně \uwy\ < \uvwxy Z nerovností \uvwxy\ > p + q a |iwx| < q plyne, že UWYI > (P + Q) - Q = P- Tec|y uwy e M, což je spor s volbou z jako slova zMs minimální délkou. Celkem tedy musí být \z\ < p + q. □ IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 16/18 Vlastnost sebevložení Definice 3.70. Nechť Q = (A/, Z, P, S) je CFG. Řekneme, že Q má vlastnost sebevložení, jestliže existují A e N a u, v e Z+ taková, že CFL L má vlastnost sebevložení, jestliže každá bezkontextová gramatika, která jej generuje, má vlastnost sebevložení. Věta 3.71. CFL L má vlastnost sebevložení, právě když L není regulární. Důkaz. Viz skripta. IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 17/18 Nerozhodnutelné problémy pro bezkontextové jazyky Problém regularity Neexistuje algoritmus, který pro libovolnou danou CFG Q rozhoduje, zda L(Q) je regulární či nikoliv. (Tedy není rozhodnutelné, zda L(Q) má vlastnost sebevložení či nikoliv.) Problém univerzality Neexistuje algoritmus, který pro libovolnou danou CFG Q rozhoduje, zda L{Q) = Z* či nikoliv. Problémy ekvivalence a inkluze také nejsou rozhodnutelné (plyne z nerozhodnutelnosti problému univerzality). IB102 Automaty a gramatiky, 9.12.2019 18/18