1 Формальные языки и грамматики

1.1 Основные понятия теории формальных языков

В основе каждого языка лежит алфавит.

Определение Алфавитом V называется конечное множество символов.

Определение Цепочкой  в алфавите V называется любая конечная последовательность символов этого алфавита.

Определение Цепочка, которая не содержит ни одного символа, называется пустой цепочкой и обозначается .

Определение Формальное определение цепочки символов в алфавите V:

1.  - цепочка в алфавите V;

2. если  - цепочка в алфавите V и а – символ этого алфавита, то  а – цепочка в алфавите V;

3.  - цепочка в алфавите V тогда и только тогда, когда она является таковой в силу утверждений 1) и 2).

Определение Длиной цепочки  называется число составляющих ее символов (обозначается ||).

Определение Конкатенацией (сцеплением) цепочек  и  называется цепочка =, в которой символы данных цепочек записаны друг за другом.

Для любой цепочки  справедливо утверждение =.

Определение Степенью n цепочки  называется конкатенация n цепочек . (обозначается ⁿ).

Для любой цепочки  справедливы утверждения ⁰= и ⁿ=^n-1=^n-1 для n1.

Определение Реверсом (обращением) цепочки  называется цепочка ^R, составленная из символов цепочки , записанных в обратном порядке.

Пример Пусть алфавит V={a, b, c, d}, тогда для цепочек этого алфавита =ab и =bcd будет справедливо ||=2, ||=3, = abbcd, ²=abab, ^R=dcb.

Обозначим через V* множество, содержащее все цепочки в алфавите V, включая пустую цепочку , а через V⁺ - множество, содержащее все цепочки в алфавите V, исключая пустую цепочку .

Определение Формальным языком L в алфавите V называют произвольное подмножество множества V^*.

Пример Пусть алфавит двоичных цифр , тогда, а.

Задать язык L в алфавите V можно тремя способами:

1. перечислением всех допустимых цепочек языка (на языке множеств);

2. указанием способа порождения (генерации) цепочек языка (грамматики, формы Бэкуса-Наура и диаграммы Вирта;

3. определением метода распознавания цепочек языка (распознаватели).

Пример Язык L в алфавите , состоящий из пустой строки и всевозможных строк, каждая из которых содержит строку нулей и последующую строку единиц той же длины, можно описать с помощью формальной системы определения множеств какL={0ⁿ1ⁿ | n0}.

1.2 Способы задания языков

1.2.1 Формальные грамматики

1.2.1.1 Определение формальной грамматики

Формальная грамматика – это математическая система, определяющая язык посредством порождающих правил.

Определение Формальной грамматикой называется четверка вида:

,

где V_N - конечное множество нетерминальных символов грамматики (обычно прописные латинские буквы);

V_T - множество терминальных символов грамматики (обычно строчные латинские буквы, цифры, и т.п.), V_T V_N =;

Р – множество правил вывода грамматики, являющееся конечным подмножеством множества (V_T V_N)⁺  (V_T V_N)^*; элемент (, ) множества Р называется правилом вывода и записывается в виде  (читается: «из цепочки  выводится цепочка »);

S - начальный символ грамматики, S V_N.

Для записи правил вывода с одинаковыми левыми частями вида используется сокращенная форма записи.

Пример Грамматика G₁=({0, 1}, {A, S}, P₁, S), где множество Р состоит из правил вида: 1) S 0A1; 2) 0A 00A1; 3) A.

Определение Цепочка   (V_TV_N)^* непосредственно выводима из цепочки в грамматике (обозначается: ), если и, где,и правило выводасодержится во множествеР.