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Curso: Ciência da Computação Aspectos Teóricos da Computação             Aula 10Minimização de um Autômato Finito
Notas de AulaAspectos Teóricos da Computação   2/19
Minimização de um Autômato Finito●   A implementação de um AFD consiste    basicamente em um algoritmo que controla a    m...
Minimização de AutômatosExercício:Seja a palavra w = ababababaQual autômato abaixo é mais eficiente em termos de processam...
Minimização de AutômatosExercício:Seja a palavra w = ababababaQual autômato abaixo é mais eficiente em termos de processam...
Minimização de Autômatos●   O tempo de processamento não depende do autômato de    reconhecimento considerado e sim do tam...
Estados EquivalentesEstados equivalentesSeja M= (∑, Q, δ,q0, F) um AFD qualquer. Dois estados q e p de Qsão ditos equivale...
Autômato Finito MínimoPara uma dada linguagem regular L, ocorrespondente AFDM ou simplesmente AFM éum autômato finito dete...
Pré-Requisitos do Algoritmo de Minimização(a)Deve ser determinístico(b)Todos os estados do autômato devem ser  estados alc...
●   Gerar um autômato determinístico equivalente.●   Eliminar os estados inacessíveis e suas    correspondentes transições...
Algoritmo de MinimizaçãoO algoritmo abaixo identifica os estados equivalentes por exclusão. A partir de umatabela são marc...
Algoritmo de Minimização4. Unificação dos Estados Equivalentes. Os estados dos pares não marcados são   equivalentes e pod...
Algoritmo de Minimização q1 q2 ... qn d       q0         q1        ...      qn-1     qn            Aspectos Teóricos da Co...
Exemplo de MinimizaçãoConsidere o AFD abaixo: Qual é a                      Passo 1. Construção da tabela.linguagem aceita...
Exemplo de Minimizaçãoc) Análise do par {q1,q2):                         f) Análise do par {q4,q5):     δ(q1,a)=q1      δ(...
Exemplo de Minimização                                      q1      X                                           b         ...
TeoremasTeorema Autômato Finito MínimoO autômato construído usando o algoritmo deminimização apresentado é um autômato fin...
Ler●   Seçao 4.6 do livro.                   Aspectos Teóricos da Computação   18/19
Exercícios1. Seja M um afd com estados A, B, C, D, E e F, sendo A o estado inicial; C e F são os   estados finais. Os símb...
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Aula 10 minimizaçãode automato

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Aula 10 minimizaçãode automato

  1. 1. Curso: Ciência da Computação Aspectos Teóricos da Computação Aula 10Minimização de um Autômato Finito
  2. 2. Notas de AulaAspectos Teóricos da Computação 2/19
  3. 3. Minimização de um Autômato Finito● A implementação de um AFD consiste basicamente em um algoritmo que controla a mudança de estado do autômato a cada símbolo lido da entrada.● O tempo necessário par aceitar ou rejeitar é diretamente proporcional ao tamanho da entrada.● Em termos de complexidade de algoritmos, AF pertencem à classe de algoritmos mais eficientes em termos de tempo de processamento. (Supondo que toda a a fita de entrada necessita ser lida) Aspectos Teóricos da Computação 3/19
  4. 4. Minimização de AutômatosExercício:Seja a palavra w = ababababaQual autômato abaixo é mais eficiente em termos de processamento parareconhecer essa palavra?1) q0 a q1 a,b q2 a,b qf a,b2) q0 a q1 a,b Aspectos Teóricos da Computação 4/19
  5. 5. Minimização de AutômatosExercício:Seja a palavra w = ababababaQual autômato abaixo é mais eficiente em termos de processamento parareconhecer essa palavra?1) q0 a q1 a,b q2 a,b qf a,b2) q0 a q1 a,bSão iguais. O tempo de processamento não depende do autômatode reconhecimento considerado e sim do tamanho da palavra. Ouseja, qualquer autômato finito determinístico que reconheça alinguagem terá a mesma eficiência. Computação Aspectos Teóricos da 5/19
  6. 6. Minimização de Autômatos● O tempo de processamento não depende do autômato de reconhecimento considerado e sim do tamanho da palavra. Ou seja, qualquer autômato finito determinístico que reconheça a linguagem terá a mesma eficiência.● No entanto podemos trabalhar para minimizar o número de estados de um autômato se isso for possível.● Dado um AFD qualquer, o objetivo da minimização é gerar o AF equivalente com o menor número de estados possíveis denominado Autômato Finito Determinístico Mínimo ou simplesmente Autômato Finito Mínimo.● O AFM é único. Assim dois autômatos distintos que aceitam a mesma linguagem, ao serem minimizados, geram o mesmo autômato finito mínimo.● Basicamente, o algoritmo de minimização unifica os estados equivalentes. Aspectos Teóricos da Computação 6/19
  7. 7. Estados EquivalentesEstados equivalentesSeja M= (∑, Q, δ,q0, F) um AFD qualquer. Dois estados q e p de Qsão ditos equivalentes se, e somente se, para qualquer palavra wpertencente a ∑*, δ(q,w) e δ(p,w) resultam simultaneamente emestados finais, ou não finais.Portanto o processamento de uma entrada qualquer a partir deestados equivalentes resulta na mesma condição de aceita/rejeita. Aspectos Teóricos da Computação 7/19
  8. 8. Autômato Finito MínimoPara uma dada linguagem regular L, ocorrespondente AFDM ou simplesmente AFM éum autômato finito determinístico: Mm= (∑, Qm, δm,q0m, Fm)tal que ACEITA(Mm) = L e que, para qualqueroutro autômato finito determinístico M= (∑, Q,δ,q0, F) tal que ACEITA(M)=L, ocorre: #Q ≥ #Qm Aspectos Teóricos da Computação 8/19
  9. 9. Pré-Requisitos do Algoritmo de Minimização(a)Deve ser determinístico(b)Todos os estados do autômato devem ser estados alcançáveis a partir do estado inicial, Ou seja, não pode haver estados inacessíveis;(c)A função de transição deve ser total (a partir de qualquer estado, são previstas transições para todos os símbolos do alfabeto) Caso o A não satisfaça algum desse pre-reqs, ele deve ser modificado seguindo as regras do slide seguinte. Aspectos Teóricos da Computação 9/19
  10. 10. ● Gerar um autômato determinístico equivalente.● Eliminar os estados inacessíveis e suas correspondentes transições.● Para transformar a função de transição em total, é suficiente introduzir um novo estado não final d e incluir as transições não previstas, tendo d como estado destino. Por fim, incluir um ciclo em d para todos os símbolos do alfabeto. Aspectos Teóricos da Computação 10/19
  11. 11. Algoritmo de MinimizaçãoO algoritmo abaixo identifica os estados equivalentes por exclusão. A partir de umatabela são marcados os estados não equivalentes. Ao final do algoritmo, as referênciasnão marcadas representam os estados equivalentes.Suponha um AFD M= (∑, Q, δ,q0, F) que satisfaz à observação anterior – Pré Requisitosdo Algoritmo de Minimização. - Os passos dos algoritmo são os seguintes: 1. Construção da tabela. Construir uma tabela, relacionando os estados distintos, sendo que cada par (não ordenado) de estados ocorre somente uma vez, como ilustrado a seguir. 2. Marcação dos Estados Trivialmente Não-Equivalentes. Marcar todos os pares do tipo {estado final, estado não final}, pois obviamente, estados finais não são equivalentes a não-finais; 3. Marcação dos Estados Não-Equivalentes. Para cada par (qu,qv} não marcado e para cada símbolo a Є ∑, suponha que: δ(qu,a)=pu e δ(qv,a)=pv Assim: (a) Se pu=pv, então qu é equivalente a qv para o símbolo a e não deve ser marcado; (b) Se pu≠pv e o par {pu,pv} não está marcado, então {qu,qv} é incluído em uma lista a partir de {pu,pv} para posterior análise; (c) Se pu≠pv e o par {pu,pv} está marcado, então: ● {qu,qv} não é equivalente e deve ser marcado; ● Se {qu,qv} encabeça uma lista de pares, então marcar todos os pares da lista (e, recursivamente, se algum par da lista encabeça outra lista); Aspectos Teóricos da Computação 11/19
  12. 12. Algoritmo de Minimização4. Unificação dos Estados Equivalentes. Os estados dos pares não marcados são equivalentes e podem ser unificados como segue: ● a equivalência dos estados é transitiva; ● pares de estados não-finais equivalentes podem ser unificados como um único estado não-final; ● pares de estados finais equivalentes podem ser unificados como um único estado final; ● se algum dos estados equivalentes é inicial, então o correspondente estado unificado é inicial; ● todas as transações como origem (respectivamente destino) em um estado equivalente, são preservadas, mas passam a ter origem (respectivamente, destino) no correspondente estado unificado;5. Exclusão dos Estados Inúteis. Por fim, os estados chamados inúteis devem ser excluídos. Um estado q é dito um estado inútil se é não-final e a partir de q não é possível atingir um estado final. Deve-se observar que o estado d (se incluído) sempre é inútil (o algoritmo para excluir os estados inúteis é simples). Todas as transições com origem ou destino em um estado inútil são excluídas. Aspectos Teóricos da Computação 12/19
  13. 13. Algoritmo de Minimização q1 q2 ... qn d q0 q1 ... qn-1 qn Aspectos Teóricos da Computação 13/19
  14. 14. Exemplo de MinimizaçãoConsidere o AFD abaixo: Qual é a Passo 1. Construção da tabela.linguagem aceita? Passo 2. Marcação dos pares do tipo {estado final, estado não final}. b Passo 3. Análise dos pares de estado não q0 q1 a marcados, sendo que a tabela resultante é b ilustrada na figura 2 se sendo o símbolo @ usado para marcar os pares marcados nesta a etapa: a) Análise do par {q0,q4): q2 q3 δ(q0,a)=q2 δ(q0,b)=q1 b b δ(q4,a)=q3 δ(q4,b)=q2 Como {q1,q2} e {q2,q3} são não marcados, então a b b a {q0,q4}é incluído nas listas encabeçadas por {q1,q2} e {q2,q3}; a a q4 q5 b) Análise do par {q0,q5): δ(q0,a)=q2 δ(q0,b)=q1O afd satisfaz os pré-requisitos de δ(q5,a)=q2 δ(q5,b)=q3minimização e portanto não é Como {q1,q3} e {q2,q3} são não marcados (enecessário incluir o estado d. como {q2,q2} é trivialmente equivalente), então {q0,q5} é incluído na lista encabeçada por {q1,q3}; Aspectos Teóricos da Computação 14/19
  15. 15. Exemplo de Minimizaçãoc) Análise do par {q1,q2): f) Análise do par {q4,q5): δ(q1,a)=q1 δ(q1,b)=q0 δ(q4,a)=q3 δ(q4,b)=q2 δ(q2,a)=q4 δ(q2,b)=q5 δ(q5,a)=q2 δ(q5,b)=q3Como {q1,q4} é marcado, então {q1,q2} também é Como {q2,q3} é não marcado, então {q4,q5} émarcado. Como {q1,q2} encabeça uma lista, o incluído na lista encabeçada por {q2,q3};par {q0,q4} também é marcado ; Passo 4. Como os pares {q2,q3} e {q4,q5} são nãod) Análise do par {q1,q3): marcados, as seguintes unificações podem ser δ(q1,a)=q1 δ(q1,b)=q0 feitas: ● q23 representa a unificação dos estados não δ(q3,a)=q5 δ(q3,b)=q4 finais q2 e q3.Como {q1,q5} bem como {q0,q4} são marcados, ● q45 representa a unificação dos estadosentão {q1,q3} também é marcado. Como {q1,q3} finais q4 e q5.encabeça uma lista, o par {q0,q5} também émarcado ; O autômato mínimo resultante possui quatro estados e é ilustrado na figura a seguir. Observee) Análise do par {q2,q3): a preservação das transições cujos estados δ(q2,a)=q4 δ(q2,b)=q5 origem ou destino foram unificados. δ(q3,a)=q5 δ(q3,b)=q4Como {q4,q5} é não marcado, então {q2,q3} éincluído na lista encabeçada por {q4,q5} Aspectos Teóricos da Computação 15/19
  16. 16. Exemplo de Minimização q1 X b q0 q1 a q2 X b q3 X a b q0 q1 a q4 X X X q23 b q5 X X X a a,b a,b q0 q1 q2 q3 q4 q2 q2 q45 b ba b b a q1 X {q0,q5} a a a a q2 q2 q2 X @ {q0,q4} q3 X @ {q0,q4} {q4,q5} q4 @ X X X q5 @ X X X {q2,q3} q0 q1 q2 q3 q4 Aspectos Teóricos da Computação 16/19
  17. 17. TeoremasTeorema Autômato Finito MínimoO autômato construído usando o algoritmo deminimização apresentado é um autômato finitodeterminístico com menor número de estadosque aceita a linguagem.Teorema Unicidade do Autômato Finito MínimoO autômato finito determinístico mínimo de umalinguagem é único. Aspectos Teóricos da Computação 17/19
  18. 18. Ler● Seçao 4.6 do livro. Aspectos Teóricos da Computação 18/19
  19. 19. Exercícios1. Seja M um afd com estados A, B, C, D, E e F, sendo A o estado inicial; C e F são os estados finais. Os símbolos de entrada são a e b, e δ como na tabela abaixo. M aceita as cadeias que tem um número de as da forma 6n+2 ou 6n+5. Na realidade, bastaria exigir que o número de as fosse da forma 3n+2, o que corresponde a um afd com apenas 3 estados, e, por essa razão, M não é mínimo, e deve ter estados equivalentes. Verifique se esse autômato é mínimo e se não for minimize.2. Verifique se o afd abaixo é mínimo. Aspectos Teóricos da Computação 19/19

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