\input{preamble.tex}

\title{Übung 4: Minimale DFAs}
\subtitle{Theoretische Informatik Sommersemester 2013}
\author{\href{mailto:markus.kaiser@in.tum.de}{Markus Kaiser}}

\begin{document}

\begin{frame}
    \titlepage
\end{frame}

\begin{frame}
    \frametitle{Äquivalenzen}
    \setbeamercovered{dynamic}

    \begin{definition}[Äquivalente Worte]
        Jede Sprache $L \subseteq \Sigma^*$ induziert eine Äquivalenzrelation $\alert{\equiv_L \subseteq \Sigma^* \times \Sigma^*}$:
        \[
            u \alert{\equiv_L} v \Longleftrightarrow \left( \forall w \in \Sigma^*. \alert{uw} \in L \Leftrightarrow \alert{vw} \in L\right)
        \]
    \end{definition}

    \vfill

    \pause

    \begin{definition}[Äquivalente Zustände]
        Zwei Zustände im DFA $A$ sind \alert{äquivalent} wenn sie die selbe Sprache akzeptieren.

        \[
            p \alert{\equiv_A} q \Longleftrightarrow \left( \forall w \in \Sigma^*. \alert{\hat{\delta}(p, w)} \in F \Leftrightarrow \alert{\hat{\delta}(q, w)} \in F \right)
        \]
    \end{definition}
\end{frame}

\begin{frame}
    \frametitle{Unterscheidbare Zustände}
    \setbeamercovered{dynamic}

    \begin{definition}[Unterscheidbarkeit]
        Zwei Zustände sind \alert{unterscheidbar}, wenn sie unterschiedliche Sprachen akzeptieren.
        \[
            p \alert{\not\equiv_A} q \Longleftrightarrow \left( \exists w \in \Sigma^*. \hat{\delta}(p, w) \alert{\in} F \wedge \hat{\delta}(q, w) \alert{\not\in} F \right)
        \]
    \end{definition}

    \begin{theorem}
        Sind $\delta(p, a)$ und $\delta(q, a)$ unterscheidbar, dann auch $p$ und $q$.
    \end{theorem}

    \pause

    \begin{tikzpicture}[automaton, bend angle=40, node distance=2.5cm]
        \node[state, initial] (q0) {$q_0$};
        \node[state] (q1) [right of = q0] {$q_1$};
        \node[state] (q2) [right of = q1] {$q_2$};
        \node[state, accepting] (q3) [right of = q2] {$q_3$};

        \draw[->] (q0) edge node {$a$} (q1);
        \draw[->] (q0) edge [bend left] node {$b$} (q2);
        \draw[->] (q1) edge node {$a$} (q2);
        \draw[->] (q1) edge [bend right] node {$b$} (q3);
        \draw[->] (q2) edge node {$a,b$} (q3);
        \draw[->] (q3) edge [loop right] node {$a,b$} (q3);

        \node<3>[state, fill=tumred!35] () at (q2) {$q_2$};
        \node<3->[state, accepting, fill=tumgreen!35] () at (q3) {$q_3$};

        \node<4>[state, fill=tumred!35] () at (q0) {$q_0$};
        \node<4>[state, fill=tumred!35] () at (q1) {$q_1$};
        \draw<4>[->, tumred] (q0) edge [bend left] node {$b$} (q2);
        \draw<4>[->, tumgreen] (q1) edge [bend right] node {$b$} (q3);
    \end{tikzpicture}
\end{frame}

\begin{frame}[t]
    \frametitle{DFA minimieren}
    \setbeamercovered{dynamic}

    \begin{block}{Idee}
        Erzeuge den \alert{Quotientenautomaten}.
        \begin{enumerate}
            \item Entferne alle von $q_0$ \alert{nicht erreichbaren} Zustände
            \item<1, 3-> Berechne die \alert{unterscheidbaren} Zustände
            \item<1, 6-> \alert{Kollabiere} die äquivalenten Zustände
        \end{enumerate}
    \end{block}

    \vfill

    \begin{columns}[c]<2->
        \begin{column}{.5\textwidth}<3->
            \begin{center}
                \begin{tabu}to .8\textwidth{|X[c]|X[c]|X[c]|X}
                    \multicolumn{2}{l}{0} \\ \tabucline{1-1}
                    \alt<-4>{}{\textcolor{tumgreen}{$1/a$}} & \multicolumn{2}{l}{1} \\ \tabucline{1-2}
                    \alt<-4>{}{\textcolor{tumgreen}{$1/a$}} &  & \multicolumn{2}{l}{2} \\ \tabucline{1-3}
                    \alt<-3>{}{\textcolor{tumred}{$\times$}} &  \alt<-3>{}{\textcolor{tumred}{$\times$}}& \alt<-3>{} {\textcolor{tumred}{$\times$}}& 3 \\ \tabucline{1-3}
                \end{tabu}
            \end{center}
        \end{column}
        \begin{column}{.5\textwidth}
            \begin{tikzpicture}[automaton, node distance=2.5cm]
                \useasboundingbox (-0.5, -0.5) rectangle (2, -2);

                \node[state, initial] (q0) {$q_0$};
                \node<-5>[state] (q1) [right of = q0] {$q_1$};
                \node<-5>[state] (q2) [below of = q0] {$q_2$};
                \node<6>[state, fill=tumred!40] (q12) [right of = q0] {$q_{12}$};
                \node[state, accepting] (q3) [right of = q2] {$q_3$};

                \draw<-5>[->] (q0) edge node {$a$} (q1);
                \draw<-5>[->] (q0) edge node {$b$} (q2);
                \draw<-5>[->] (q1) edge node {$a,b$} (q3);
                \draw<-5>[->] (q2) edge node {$a,b$} (q3);
                \draw[->] (q3) edge [loop right] node [above] {$a,b$} (q3);

                \draw<6>[->] (q12) edge node {$a,b$} (q3);
                \draw<6>[->] (q0) edge node {$a,b$} (q12);
            \end{tikzpicture}
        \end{column}
    \end{columns}
\end{frame}

\end{document}