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Automaten und formale Sprachen

Analysieren, ableiten, vergleichen: Hier zeigt sich, ob Sie Automaten und Grammatiken wirklich verstanden haben.

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Aufgabenblock — AFB II

Zehn Aufgaben zum Anwenden in neuen Situationen: Sprachen erkennen, Keller und Ableitungen verfolgen, Modelle vergleichen. Erst selbst rechnen, dann prüfen.

A1
Welche Sprache?
AFB II

Gegeben ist der DEA:

z0 z1 z2 b a b a a, b

Analysieren Sie den Automaten: Beschreiben Sie die Bedeutung der Zustände und geben Sie an, wie viele Wörter der Länge 3 er akzeptiert.

Wörter
Bedeutungen: z1 heißt „zuletzt ein a, aber noch kein aa“, z2 „aa kam schon vor“.
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Der DEA akzeptiert alle Wörter, die das Teilwort aa enthalten. Länge 3: aaa, aab, baa → 3 Wörter

aba wird abgelehnt: Das b dazwischen führt zurück nach z0.

A2
Jedes dritte a
AFB II

Ein Mealy-Automat mit \(\Sigma=\{a,b\}\) und \(\Omega=\{X\}\) hat die Zustände q0 (Start), q1, q2. Mit a geht er von q0 nach q1 und von q1 nach q2 (Ausgabe ε), von q2 zurück nach q0 mit Ausgabe X; b ist überall eine Schleife mit Ausgabe ε. Untersuchen Sie, wie viele X er zur Eingabe aabaaaab ausgibt.

Ablaufprotokoll: Zustand, Eingabe, Ausgabe, Folgezustand Schritt für Schritt notieren.
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q0 –a→ q1 –a→ q2 –b→ q2 –a/X→ q0 –a→ q1 –a→ q2 –a/X→ q0 –b→ q0 → XX, also 2

Das Wort enthält sechs a; nach dem dritten und dem sechsten kommt ein X. Die b ändern nichts.

A3
Keller für a²ⁿbⁿ
AFB II

Der Kellerautomat erkennt \(\{a^{2n}b^n\mid n\ge 1\}\); z3 ist Endzustand.

vonÜbergangnach
z0(#,a):#z1
z0(A,a):Az1
z1(#,a):A#z0
z1(A,a):AAz0
z0(A,b):εz2
z2(A,b):εz2
z2(#,ε):#z3

Ermitteln Sie Zustand und Kellerinhalt (oberstes Zeichen links) nach dem Lesen von aaaab.

Idee: Nur jedes zweite a legt ein A ab — z0 und z1 unterscheiden „gerade“ und „ungerade“ Anzahl a.
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(z0, #) –a→ (z1, #) –a→ (z0, A#) –a→ (z1, A#) –a→ (z0, AA#) –b→ (z2, A#)

Mit einem weiteren b wird der Keller zu #, der ε-Übergang führt nach z3: aaaabb wird akzeptiert.