《形式语言与自动机》(王柏、杨娟编著)答案Word版

形式语言与自动机课后习题答案第二章4．找出右线性文法，能构成长度为1至5个字符且以字母为首的字符串。

答：G={N,T,P,S}其中N={S,A,B,C,D} T={x,y} 其中x∈{所有字母} y∈{所有的字符} P 如下:S→x S→xA A→y A→yBB→y B→yC C→y C→yD D→y6．构造上下文无关文法能够产生L={ω/ω∈{a,b}*且ω中a的个数是b的两倍}答：G={N,T,P,S}其中N={S} T={a,b} P如下:S→aab S→aba S→baaS→aabS S→aaSb S→aSab S→SaabS→abaS S→abSa S→aSba S→SabaS→baaS S→baSa S→bSaa S→Sbaa7．找出由下列各组生成式产生的语言（起始符为S）(1)S→SaS S→b(2)S→aSb S→c(3)S→a S→aE E→aS答：（1）b(ab)n /n≥0}或者L={(ba)n b/n≥0}(2) L={a n cb n /n≥0}(3)L={a2n+1 /n≥0}第三章1．下列集合是否为正则集，若是正则集写出其正则式。

（1）含有偶数个a和奇数个b的{a,b}*上的字符串集合（2）含有相同个数a和b的字符串集合（3）不含子串aba的{a,b}*上的字符串集合答：（1）是正则集，自动机如下(2) 不是正则集，用泵浦引理可以证明，具体见17题（2）。

(3) 是正则集先看L’为包含子串aba的{a,b}*上的字符串集合显然这是正则集，可以写出表达式和画出自动机。

（略）则不包含子串aba的{a,b}*上的字符串集合L是L’的非。

根据正则集的性质，L也是正则集。

4．对下列文法的生成式，找出其正则式（1）G=({S,A,B,C,D},{a,b,c,d},P,S),生成式P如下：S→aA S→BA→abS A→bBB→b B→cCC→D D→bBD→d（2）G=({S,A,B,C,D},{a,b,c,d},P,S),生成式P如下：S→aA S→BA→cC A→bBB→bB B→aC→D C→abBD→d答：(1) 由生成式得：S=aA+B ①A=abS+bB ②B=b+cC ③C=D ④D=d+bB ⑤③④⑤式化简消去CD，得到B=b+c(d+bB)即B=cbB+cd+b =>B=(cb)*(cd+b) ⑥将②⑥代入①S=aabS+ab(cb)*(cd+b)+(cb)*(cd+b) =>S=(aab)*(ab+ε)(cb)*(cd+b) (2) 由生成式得：S=aA+B ①A=bB+cC ②B=a+bB ③C=D+abB ④D=dB ⑤由③得 B=b*a ⑥将⑤⑥代入④ C=d+abb*a=d+ab+a ⑦将⑥⑦代入② A=b+a+c(d+b+a) ⑧将⑥⑧代入① S=a(b+a+c(d+ab+a))+b*a=ab+a+acd+acab+a+b*a5.为下列正则集，构造右线性文法：(1){a,b}*(2)以abb结尾的由a和b组成的所有字符串的集合(3)以b为首后跟若干个a的字符串的集合(4)含有两个相继a和两个相继b的由a和b组成的所有字符串集合答：（1）右线性文法G=({S},{a,b},P,S)P: S→aS S→bS S→ε(2) 右线性文法G=({S},{a,b},P,S)P: S→aS S→bS S→abb(3) 此正则集为{ba*}右线性文法G=({S,A},{a,b},P,S)P: S→bA A→aA A→ε(4) 此正则集为{{a,b}*aa{a,b}*bb{a,b}*, {a,b}*bb{a,b}*aa{a,b}*}右线性文法G=({S,A,B,C},{a,b},P,S)P: S→aS/bS/aaA/bbBA→aA/bA/bbCB→aB/bB/aaCC→aC/bC/ε7.设正则集为a(ba)*(1)构造右线性文法(2)找出（1）中文法的有限自 b动机答：（1）右线性文法G=({S,A},{a,b},P,S)P: S→aA A→bS A→ε（2）自动机如下：(p2是终结状态)9.对应图（a）(b)的状态转换图写出正则式。

（图略）（1）由图可知q0=aq0+bq1+a+εq1=aq2+bq1q0=aq0+bq1+a=>q1=abq1+bq1+aaq0+aa=(b+ab) q1+aaq0+aa=(b+ab) *( aaq0+aa)=>q0=aq0+b(b+ab) *( aaq0+aa ) +a+ε= q0(a+b (b+ab) *aa)+ b(b+ab) *aa+a+ε=(a+b (b+ab) *aa) *((b+ab) *aa+a+ε)=(a+b (b+ab) *aa) *(3)q0=aq1+bq2+a+bq1=aq0+bq2+bq0=aq1+bq0+a=>q1=aq0+baq1+bbq0+ba+b=(ba)*(aq0 +bbq0+ba+b)=>q2=aaq0+abq2+bq0+ab+a=(ab)*(aaq0 +bq0+ ab+a)=>q0=a(ba)*(a+bb) q0 + a(ba)*(ba+b)+b(ab)*(aa+b)q0+ b(ab)*(ab+a)+a+b =[a(ba)*(a+bb) +b(ab)*(aa+b)]* (a(ba)*(ba+b)+ b(ab)*(ab+a)+a+b)10.设字母表T={a,b},找出接受下列语言的DFA：（1）含有3个连续b的所有字符串集合（2）以aa为首的所有字符串集合（3）以aa结尾的所有字符串集合（3）M=({q0,q1 q2 },{a,b},σ,q0,{q2}),其中σ如下：14构造DFA M1等价于NFA M，NFA M如下：（1）M=({q0,q1 q2,q3},{a,b},σ,q0,{q3}),其中σ如下：σ(q0,a)={q0,q1} σ(q0,b)={q0}σ(q1,a)={q2} σ(q1,b)= {q2 }σ(q2,a)={q3} σ(q2,b)= Φσ(q3,a)={q3} σ(q3,b)= {q3 }（2）M=({q0,q1 q2,q3},{a,b},σ,q0,{ q1,q2}),其中σ如下：σ(q0,a)={q1,q2} σ(q0,b)={q1}σ(q1,a)={q2} σ(q1,b)= {q1,q2 }σ(q2,a)={q3} σ(q2,b)= {q0}σ(q3,a)= Φσ(q3,b)= {q0}答：（1）DFA M1={Q1, {a,b},σ1, [q0],{ [q0,q1,q3]，[q0,q2,q3]，[q0, q1,q2,q3]}其中Q1={[q0],[q0,q1], [q0,q1,q2],[ q0,q2],[ q0,q1, q2,q3],[ q0,q1, q3],[ q0,q2, q3],[ q0,q3]}1（2）DFA M 1={Q 1, {a,b},σ1, [q 0],{ [q 1],[q 3], [q 1,q 3],[q 0,q 1,q 2],[q 1,q 2] ,[q 1,q 2,q 3],[q 2,q 3]} 其中Q 1 ={[q 0],[q 1,q 3], [q 1],[q 2],[ q 0,q 1,q 2],[q 1,q 2],[q 3], [q 1,q 2,q 3],[q 2,q 3]}1(2) 将此ε-NFA 转换为没有ε的NFA 答：（1）可被接受的的串共 23个，分别为aac, abc, acc, bac, bbc, bcc, cac, cbc, ccc, caa, cab, cba, cbb, cca, ccb, bba, aca, acb, bca, bcb, bab, bbb, abb（2）ε-NFA ：M=({p,q,r},{a,b,c},σ,p,r) 其中σ如表格所示。

因为ε-closure(p)= Φ则设不含ε的NFA M 1=({p,q,r},{a,b,c},σ1,p,r)σ1(p,a)=σ’(p,a)=ε-closure(σ(σ’(p,ε),a))={p} σ1(p,b)=σ’(p,b)=ε-closure(σ(σ’(p,ε),b))={p,q} σ1(p,c)=σ’(p,c)=ε-closure(σ(σ’(p,ε),c))={p,q,r} σ1(q,a)=σ’(q,a)=ε-closure(σ(σ’(q,ε),a))={p,q} σ1(q,b)=σ’(q,b)=ε-closure(σ(σ’(q,ε),b))={p,q,r} σ1(q,c)=σ’(q,c)=ε-closure(σ(σ’(q,ε),c))={p,q,r} σ1(r,a)=σ’(r,a)=ε-closure(σ(σ’(r,ε),a))={p,q,r} σ1(r,b)=σ’(r,b)=ε-closure(σ(σ’(r,ε),b))={p,q,r} σ1(r,c)=σ’(r,c)=ε-closure(σ(σ’(r,ε),c))={p,q,r} 图示如下：(r 为终止状态)16．设NFA M=({q 0,q 1},{a,b},σ,q 0,{q 1}),其中σ如下： σ(q 0,a)={q 0,q 1} σ(q 0,b)={q 1} σ(q 1,a)= Φ σ(q 1,b)= {q 0, q 1} 构造相应的DFA M 1，并进行化简答：构造一个相应的DFA M1={Q1, {a,b},σ1, [q0],{ [q1]，[q0,q1]}其中Q1 ={[q0]，[q1]，[q0,q1]}117.使用泵浦引理，证明下列集合不是正则集：（1）由文法G的生成式S→aSbS/c产生的语言L(G)（2）{ω/ω∈{a,b}*且ω有相同个数的a和b}（3）{a k ca k/k≥1}（4）{ωω/ω∈{a,b}*}证明：（1）在L(G)中，a的个数与b的个数相等假设L(G)是正则集，对于足够大的k取ω= a k (cb)k c令ω=ω1ω0ω2因为|ω0|>0 |ω1ω0|≤k 存在ω0使ω1ω0iω2∈L所以对于任意ω0只能取ω0=a n n∈(0,k)则ω1ω0iω2= a k–n(a n)i(cb)k c 在i不等于0时不属于L与假设矛盾。

则L(G)不是正则集（2）假设该集合是正则集，对于足够大的k取ω= a k b k令ω=ω1ω0ω2因为|ω0|>0 |ω1ω0|≤k 存在ω0使ω1ω0iω2∈L所以对于任意ω0只能取ω0=a n n∈(0,k)则ω1ω0iω2= a k–n(a n)i b k在i不等于0时a与b的个数不同，不属于该集合与假设矛盾。

则该集合不是正则集（3）假设该集合是正则集，对于足够大的k取ω= a k ca k令ω=ω1ω0ω2因为|ω0|>0 |ω1ω0|≤k 存在ω0使ω1ω0iω2∈L所以对于任意ω0只能取ω0=a n n∈(0,k)则ω1ω0iω2= a k–n(a n)i ca k在i不等于0时c前后a的个数不同，不属于该集合与假设矛盾。