- •Часть 2
- •Часть 2
- •Введение
- •1. Элементы комбинаторики
- •1.1. Простейшие комбинаторные конфигурации
- •Основные правила комбинаторики
- •Выборки элементов без повторений
- •Выборки элементов с повторениями
- •Латинские прямоугольники, конечные проективные плоскости и блок-схемы
- •1.2.1. Латинские прямоугольники
- •1.2.2. Конечные проективные плоскости
- •1.2.3. Блок-схемы
- •Формула включений и исключений
- •Объединение комбинаторных конфигураций
- •1.3.2. Принцип включения и исключения
- •1.3.3. Число булевых функций, существенно зависящих от всех своих переменных
- •1.3.4. Решето Эратосфена
- •Рекуррентные уравнения
- •1.4.1. Определение рекуррентного уравнения
- •1.4.2. Решение линейного однородного рекуррентного уравнения
- •1 (2) .4.3. Решение линейного неоднородного рекуррентного уравнения
- •1.5. Производящие функции
- •1.5.1. Общие сведения о производящих функциях
- •1.5.2. Производящая функция для биноминальных коэффициентов
- •1.5.3. Производящая функция для чисел Фибоначчи
- •1.6.1. Определение z – преобразования
- •1.6.2. Обратное z – преобразование
- •В правой части этого равенства стоит контурный интеграл в z-плоскости по любому замкнутому контуру в области сходимости, охватывающему начало координат.
- •1.6.3. Свойства z-преобразования
- •1.6.4. Использование z-преобразований для решения рекуррентных уравнений
- •1.6.5. Таблица односторонних z-преобразований
- •1.7. Трансверсали и перманенты
- •1.7.1. Множества и мультимножества
- •1.7.2. Трансверсали
- •1.7.3. Пермамент матрицы
- •1.7.4. Число трансверсалей
- •1.8. Матрицы Адамара
- •1.8.1. Определение матрицы Адамара и ее свойства
- •1.8.2. Эквивалентные преобразования матриц Адамара
- •1.8.3. Построение матриц Адамара
- •2. Основы теории конечных автоматов
- •2.1. Понятие конечного автомата
- •2.1.1. Общие сведения о конечных автоматах
- •2.1.2. Абстрактное определение конечного автомата
- •2.2. Эквивалентности в автоматах
- •2.2.1. Основные определения
- •2.2.2. Покрытия и морфизмы
- •2.2.3. Эквивалентные состояния автоматов
- •2.3. Процедура минимизации конечных автоматов
- •2.4. Автоматные функции и эксперименты с автоматами
- •2.4.1. Понятие ограниченно детерминированной функции
- •2.4.2. Моделирование автоматной функции с помощью схемы из функциональных элементов и задержки
- •2.4.3. Пример реализации конечного автомата с помощью сфэз
- •2.4.4. Эксперименты с автоматами
- •2.5. Автоматные языки
- •2.5.1. Представление о формальных языках
- •2.5.2. Алфавит, слово, язык
- •2.5.3. Классификация грамматик и языков
- •2.5.4. Понятие формальной грамматики
- •2.5.5. Автоматные грамматики
- •2.6. Модификации конечных автоматов
- •2.6.1. Частичные автоматы
- •2.6.2. Понятия недетерминированного и вероятностного автоматов
- •2.7. Процедура минимизации частичного автомата
- •2.7.1. Совместимые состояния
- •2.7.2. Техника определения совместимых состояний
- •2.7.3. Построение минимального автомата
- •3. Введение в нечеткую математику
- •3.1. Нечёткие множества
- •3.2. Нечеткие отношения
- •3.3. Нечеткая логика
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •2.7.3. Построение минимального автомата 98
- •Часть 2
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
- •Часть 2
2.4. Автоматные функции и эксперименты с автоматами
2.4.1. Понятие ограниченно детерминированной функции
Пусть даны алфавиты: входной и выходной . Обозначим и как множества всех возможных последовательностей в алфавитах и соответственно.
Определение 1. Отображение → называется детерминированной функцией, если любой член выходная последовательности для любого однозначно определяется предшествующими значениями входной последовательности .
Функция, осуществляющая отображения двух входных последовательностей
будет детерминированной функцией, при условиях:
1) если , то и
2) если ,то .
Определение 2. Пусть задана детерминированная функция → . Пусть далее имеется произвольное входное слово . Функция при произвольной входной последовательности даёт следующий результат:
,
При этом вводится функция → , осуществляющая отображение
.
Она называется остаточной функцией по слову .
Определение 3. Детерминированная функция → называется ограниченно-детерминированной функцией, если у нее имеется лишь конечное число различных остаточных функций.
Рассмотрим автомат (A,S,B,φ, , ) где A,S,B — конечные алфавиты (входной, выходной и состояния), - переходная функция, - выходная и - начальное состояние.
Входом автомата служит последовательность (конечная или бесконечная), выходом автомата служит последовательность . При этом автомат задается системой канонических уравнений:
Определение 4. Отображение → называется автоматной функцией, если существует автомат, который реализует это отображение.
Справедливо утверждение: функция является автоматной тогда и только тогда, когда она ограниченно детерминированная.
Пример: Пусть задан автомат с алфавитами , а его система канонических уравнений выглядит следующим образом:
Такой автомат осуществляет отображение
и называется единичной задержкой. При этом последовательности входа, состояния и выхода меняются следующим образом
Таблица 12
|
0 |
1 |
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2.4.2. Моделирование автоматной функции с помощью схемы из функциональных элементов и задержки
Определение. Схемой из функциональных элементов и элементов задержки (СФЭЗ) называется схема, содержащая элементы некоторой функционально полной системы булевых функций, к которой добавлены элементы, реализующие функцию единичной задержки.
В СФЭЗ допускаются ориентированные циклы, но любой ориентированный цикл должен проходить хотя бы через одну задержку.
Заметим что, схема из функциональных элементов и задержки осуществляет автоматное отображение.
Определение. Пусть автоматная функция отображает последовательность конечного базиса в последовательность конечного базиса . При \этом СФЭЗ Σ осуществляет преобразование последовательностей булевых векторов длины в последовательности булевых векторов длины . Говорят, что Σ моделирует , если существуют отображения (кодировки) и , которые сопоставляют разным элементам алфавита разные векторы. Отображения и таковы, что если , то при любой последовательности из алфавита
Здесь использовано обозначение .
Следует иметь ввиду, что для любого конечного автомата существует моделирующая его СФЭЗ в функционально полной системе, содержащей элементы дизъюнкции, конъюнкции, отрицания, а также элемента задержки.
Для осуществления такого моделирования необходимо задать конечный автомат системой булевых функций.
Алгоритм задания конечного автомата системой булевых функций.
Находим число разрядов, необходимых для двоичного представления чисел , и . Соответствующие числа находятся из условий - ; ; .
Кодирование состояний, входных и выходных символов исходного автомата. Каждому состоянию ставится в соответствие двоичная последовательность длины - двоичный код . Аналогично каждому и каждому ставятся в соответствие двоичные последовательности . Отметим, что кодирование может быть осуществлено различными способами. При этом может оказаться, что некоторые коды не используются.
Составляется следующая таблица:
Таблица 13
-
Код
входного
сигнала
Код
текущего
состояния
Код
следующего
состояния
Код
выходного
сигнала
…
…
…
…
0
0
…
0
0
0
…
0
1
1
1
1
1
1
Заполнение двух последних столбцов таблицы. Для каждой пары находятся коды и . Исходя из описания конечного автомата определяются и . Затем находится код и код . В строку таблицы, соответствующую набору дописывается набор .
Определение системы булевых функций. После выполнения предыдущего шага может оказаться, что не все строки в таблице заполнены. Это произойдёт в том случае, когда хотя бы одно из чисел не является степенью 2. Таким образом, функции окажутся не полностью определёнными. Их можно доопределить произвольным образом. Но обычно их доопределяют так, чтобы они имели минимальные ДНФ или КНФ. После выполнения этого шага исходный автомат будет задаваться системой полностью определённых булевых функций
.