形式语言与自动机实验报告讲解

1、电子科技大学 计算机 学院标 准 实 验 报 告（实验）课程名称 形式语言与自动机 电子科技大学教务处制表电 子 科 技 大 学实 验 报 告学生姓名：林怡 学号： 2012060020023 指导教师：吴婧瑾实验地点： 科研楼A504 实验时间：第七周周日下午一、实验室名称：计算机学院软件实验室二、实验项目名称：文法产生语言三、实验学时：6学时四、实验原理：1. 文法的存储使用两种方式存储文法：程序方式与文件方式。程序方式是指文法的四元组均固化到程序内，即一个程序只对应于一个文法。文件方式是指将文法的四元组使用纯文本方式进行存储，并定义好其格式。所设计的程序可处理任意的文法。2. 文法的表示

2、使用面向对象程序设计语言可描述除文法的四元式，如：采用字符数组表示其字母表和变量表，字符表示开始符号，字符串数组表示产生式组。注意产生式符号（即箭头）在ASCII字符集中没有，可采用“”来代替。人工经常使用的，通过产生式组获得其它三元式的方式不可取，因为需要约定哪些是字母、哪些是变量，工作量很大，反而使其表示更复杂。3. 句子的产生根据给定的长度产生不大于该长度的所有串。两种文法存储方式均需要注意不同产生式可能有相同的左部，如S - a 与 S - aS。要生成所有句子则不同的产生式均需要使用，因此需要一个数组（或队列、栈）来存储当前产生的句型。五、实验目的1. 掌握文法的表示方法；2. 理解

3、文法产生语言的过程；3. 理解有穷文法可以产生无穷语言。六、实验内容1. 使用两种方式存储文法。2. 使用所表示文法产生所有长度不大于N的串。七、实验器材（设备、元器件）：PC微机一台八、实验步骤给定文法G1: S - a, S - aS与G2: S - ab, S - aSb（可替换为其它稍复杂的文法）。进行如下设计：1. 设计程序表示的文法G1与G2及其推导句子的方式，并与手工运行结果进行对比；2. 设计文法的存储格式。用4行文本表示四元式：第一行为开始状态S，第二行为终极符，第三行为产生式，第四行为非终极符；3. 将文法从文件读入内存；4. 对于给定的字符串长度上限，获得所有的句子；5.

4、 进行文法文件的合法性判定（如产生式中出现了既非字母，又非变量的符号）。九、实验数据及结果分析1. 当输入字符串长度为N=3时，输出文件result.txt中共有三行字符串，分别为ab, aabb, aaabbb；2. 当输入字符串长度为N=5时，输出文件result.txt中共有五行字符串，分别为ab, aabb, aaabbb, aaaabbbb, aaaaabbbbb； 图一 运行程序并输入字符串长度 图二 文件输出结果十、实验结论1. 文法需要用四元式来表示；2. 文法的存储方式不影响文法本身。十一、总结及心得体会通过本实验的练习，熟悉了文法的构造方法，对文法的作用有进一步理解；对抽象

5、模型的实现方式有了整体的了解，进一步提高了程序设计技术水平。十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议1、 由于本实验给定的文法比较简单，产生式的右边只包含一个非终极符，所以对于包含多个非终极符形如S-ABab,AB-a,B-b的文法不能很好的处理；2、 实验中采用了类似深度优先搜索的策略，对于文法：S - ab, S - aSb，S-Aa,A-a若给定字符串长度N=5，输出文本中将只有形如aaabbb的结果输出，而不会有由产生式S-Aa以及A-a所推导出的句子。所以可以把实验的要求改为给定文法能推导出的句子的长度，而不是输出文本中所有字符串的长度。 报告评分： 指导教师签字：电 子 科 技 大

6、 学实 验 报 告学生姓名：林怡 学号： 2012060020023 指导教师：吴婧瑾实验地点： 科研楼A504 实验时间：第八周周日下午一、实验室名称：计算机学院软件实验室 二、实验项目名称：DFA对句子的识别三、实验学时：3学时四、实验原理DFA对句子的线性识别。五、实验目的1. 加深对DFA原理的理解。2. 学习使用Java进行算法的实现。3. 掌握一定的图形编程。六、实验内容理解DFA的工作原理，进行如下几个方面的设计与实现：1设计固定DFA。即将DFA使用if-then-else，以及switch-case和for循环的方式表示。一个函数只能表示一个DFA，而整个的程序只围绕该DFA

7、进行。2 设计文件形式存储DFA。设计文件格式；进行DFA的动态生成；使用一组字符串对所生成DFA的有效性和正确性进行验证。3 图形化的显示。使用Java的图形模块进行结果的显示。七、实验器材（设备、元器件）PC微机一台八、实验步骤1. 设计一个简单的固定DFA，观察一个字符串使其达到的状态序列，并与手工运行结果进行对比。2. 设计DFA的存储格式。文本共五行，第一行为DFA所能接受的字符，第二行为DFA的所有状态，第三行为DFA的状态转移函数（形如P0_0_P1）其含义为状态P0接受字符0到达状态P1，第四行为DFA的开始状态，最后一行为DFA的终止状态（可能有多个）；3. 将DFA从文件读

8、入内存，并使用对象进行状态的合适表示。4. 对于给定的字符串，跟踪所经过的状态序列。九、实验数据及结果分析 图1 DFA状态转移图 图2 程序运行结果图十、实验结论通过测试数据，基本验证了算法实现的正确性。十一、总结及心得体会通过本实验的练习，熟悉了DFA的基本工作原理，对使用DFA进行构造有了直观的认识；对实现过程中的困难有了较深的体会。十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议1、 本实验中由于DFA只有一个终止状态，所以可以进一步考虑有多个终止状态的情况；2、 同样，该DFA的状态转移函数也仅限于一个状态与另一个状态之间的转移，对于多个状态集之间的转移情况也应作考虑。 报告评分：指导教师签

9、字：电 子 科 技 大 学实 验 报 告学生姓名：林怡 学号： 2012060020023 指导教师：吴婧瑾实验地点： 科研楼A504 实验时间：第九周周日下午一、实验室名称：计算机学院软件实验室 二、实验项目名称：NFA对句子的识别三、实验学时：3学时四、实验原理NFA对句子的非线性识别。五、实验目的1. 加深对NFA原理的理解。2. 学习使用Java进行算法的实现。3. 进一步掌握图形编程。六、实验内容理解NFA的工作原理，进行如下几个方面的设计与实现：1设计固定NFA与图形文件形式存储NFA。2使用NFA对字符串进行判断。3图形化的显示。本内容属于扩展要求。最好能进行类似单步跟踪的显示，

10、以便学生直观地理解多条路径的产生/消亡。七、实验器材（设备、元器件）PC微机一台八、实验步骤1. 设计NFA的存储格式。文本共五行，第一行为NFA所能接受的字符，第二行为NFA的所有状态，第三行为NFA的状态转移函数（形如P0_0_P1）其含义为状态P0接受字符0到达状态P1，第四行为NFA的开始状态，最后一行为NFA的终止状态（可能有多个）；2. 将NFA从文件读入内存，并使用对象进行状态的合适表示。3. 对于给定的字符串，跟踪所经过的状态序列。经过的状态序列。初始状态下，只有一个活动状态，即开始状态。读入一个字符后，由于NFA的不确定性，可能导致有多个活动状态。随着字符的不断读入，某些活动

11、状态的下一个状态既可以有多个，也可以一个也没有。如果字符串读完时活动状态集合包含了某些终止状态，则说明字符串被该NFA接受。九、实验数据及结果分析 图1 NFA 状态转移图 图2 程序运行结果图十、实验结论通过测试数据，基本验证了算法实现的正确性。十一、总结及心得体会根据本实验，理解了NFA的实际工作原理。实际上，对于一个字符串，由于处理过程中可能同时存在多个活动状态，其所耗费时间相当多。十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议 本实验中的NFA为不带空移动的NFA，可以进一步考虑带空移动的-NFA如何实现。 报告评分：指导教师签字：电 子 科 技 大 学实 验 报 告学生姓名：林怡 学号：

12、2012060020023 指导教师：吴婧瑾实验地点： 科研楼A504 实验时间：第十周周日下午一、实验室名称：计算机学院软件实验室 二、实验项目名称：NFA向DFA的转化三、实验学时：4学时四、实验原理NFA的一个状态子集可以用DFA的一个状态表示。五、实验目的1. 加深对NFA和DFA等价性的理解。2. 学习使用Java进行算法的实现。3. 进一步掌握图形编程。六、实验内容理解NFA向DFA的转化的原理，进行如下几个方面的设计与实现：1据文件形式存储NFA获得转移函数。在实验五的基础上，NFA的状态转移函数比较容易获得。2根据NFA状态转移函数构造相应DFA的状态转移函数。这是本实验的重点

13、。一个有n个状态的NFA转化后的DFA最多有2n个状态，因此表的最大长度为2n。由于多个状态是无用状态，在转化过程中并不需要为其进行计算。如何避免无效的计算，同时保证转换过程的正确性是本实验的难点。3生成相应的DFA。在实验三的基础上，这一方面的功能不会太难。但要注意终止状态的设定。七、实验器材（设备、元器件）PC微机一台八、实验步骤1. 设计一个方法（函数），它可以根据NFA获得其状态转移函数。2. 设计一个方法，它可以将NFA的状态转移函数转换为DFA的状态转移函数。3. 在上一步的基础上，设计一个方法，它可以在转换过程中尽量避免无效的计算。4. 根据DFA的状态转移函数，进行DFA的内部表示。5. 根据DFA的内部表示，写入相应的文件，以便下次从该文件重新读取并构建DFA。6. 使用一组字符串，验证生成的DFA与原始的NFA是否等价。同时根据手工转换的方式检查自动转换程序是否正确。九、实验数据及结果分析 图1 程序运行结果图 图2 生成的DFA文件将文件dfa.txt的内容复制到实验二DFA的程序目录下，执行结果如图： 图三 DFA程序检验图十、实验结论通过测试数据，基本验证了算法实现的正确性。十一、总结及心得体会根据本实验，进一步理解了NFA与DFA的等价性。在NFA转换为DFA时，如果某些状态下无输入，可以在DFA中增加陷阱状态来表示该情况下的