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diff notes/tex/computation.tex @ 27:f7bcd68a0c12
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author | Markus Kaiser <markus.kaiser@in.tum.de> |
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date | Fri, 06 Jun 2014 17:13:58 +0200 |
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--- a/notes/tex/computation.tex Sun Jun 01 00:30:12 2014 +0200 +++ b/notes/tex/computation.tex Fri Jun 06 17:13:58 2014 +0200 @@ -4,15 +4,15 @@ \setbeamercovered{dynamic} \begin{definition}[Turingmaschine] - Eine deterministische \alert{Turingmaschine (TM)} ist ein Tupel $M = (Q, \Sigma, \Gamma, \delta, q_0, \square, F)$ aus einer/einem + Eine deterministische \structure{Turingmaschine (TM)} ist ein Tupel $M = (Q, \Sigma, \Gamma, \delta, q_0, \square, F)$ aus einer/einem \begin{itemize} - \item endlichen Menge von \alert{Zuständen} $Q$ - \item endlichen \alert{Eingabealphabet} $\Sigma$ - \item endlichen \alert{Bandalphabet} $\Gamma$ mit $\Sigma \subset \Gamma$ - \item \alert{Übergangsfunktion} $\delta : Q \times \Gamma \to Q \times \Gamma \times \left\{ L, R, N \right\}$ - \item \alert{Startzustand} $q_0 \in Q$ - \item \alert{Leerzeichen} $\square \in \Gamma \setminus \Sigma$ - \item Menge von \alert{Endzuständen} $F \subseteq Q$ + \item endlichen Menge von \structure{Zuständen} $Q$ + \item endlichen \structure{Eingabealphabet} $\Sigma$ + \item endlichen \structure{Bandalphabet} $\Gamma$ mit $\Sigma \subset \Gamma$ + \item \structure{Übergangsfunktion} $\delta : Q \times \Gamma \to Q \times \Gamma \times \left\{ L, R, N \right\}$ + \item \structure{Startzustand} $q_0 \in Q$ + \item \structure{Leerzeichen} $\square \in \Gamma \setminus \Sigma$ + \item Menge von \structure{Endzuständen} $F \subseteq Q$ \end{itemize} \end{definition} \end{frame} @@ -24,9 +24,9 @@ \setbeamercovered{dynamic} \begin{definition}[Turingmaschine] - Eine deterministische \alert{Turingmaschine (TM)} ist ein Tupel $M = (Q, \Sigma, \Gamma, \delta, q_0, \square, F)$ aus einer/einem + Eine deterministische \structure{Turingmaschine (TM)} ist ein Tupel $M = (Q, \Sigma, \Gamma, \delta, q_0, \square, F)$ aus einer/einem \begin{itemize} - \item \alert{Übergangsfunktion} $\delta : Q \times \Gamma \to Q \times \Gamma \times \left\{ L, R, N \right\}$ + \item \structure{Übergangsfunktion} $\delta : Q \times \Gamma \to Q \times \Gamma \times \left\{ L, R, N \right\}$ \end{itemize} \end{definition} @@ -70,14 +70,14 @@ \setbeamercovered{dynamic} \begin{definition}[Konfiguration] - Eine \alert{Konfiguration} ist ein Tripel $(\alpha, q, \beta) \in \Gamma^* \times Q \times \Gamma^*$. \\ + Eine \structure{Konfiguration} ist ein Tripel $(\alpha, q, \beta) \in \Gamma^* \times Q \times \Gamma^*$. \\ Dies modelliert eine TM mit: \begin{itemize} - \item \alert{Bandinhalt} $\ldots\square\alpha\beta\square\ldots$ - \item \alert{Zustand} $q$ - \item Kopf auf dem \alert{ersten Zeichen} von $\beta\square$ + \item \structure{Bandinhalt} $\ldots\square\alpha\beta\square\ldots$ + \item \structure{Zustand} $q$ + \item Kopf auf dem \structure{ersten Zeichen} von $\beta\square$ \end{itemize} - Die \alert{Startkonfiguration} bei Eingabe $w \in \Sigma^*$ ist $(\epsilon, q_0, w)$. + Die \structure{Startkonfiguration} bei Eingabe $w \in \Sigma^*$ ist $(\epsilon, q_0, w)$. \end{definition} \vfill @@ -113,7 +113,7 @@ \only<2> { \begin{definition}[Akzeptanz] - Eine TM $M$ \alert{akzeptiert} die Sprache + Eine TM $M$ \structure{akzeptiert} die Sprache \[ L(M) = \left\{ w \in \Sigma^* \mid \exists \alert{f \in F}, \alpha, \beta \in \Gamma^* . (\epsilon, q_0, w) \rightarrow_M^* (\alpha, \alert{f}, \beta) \right\} \] \end{definition} } @@ -126,10 +126,10 @@ \setbeamercovered{dynamic} \begin{definition}[Nichtdeterministische Turingmaschine] - Eine \alert{nichtdeterministische} Turingmaschine (TM) ist ein Tupel $M = (Q, \Sigma, \Gamma, \delta, q_0, \square, F)$ aus einer/einem + Eine \structure{nichtdeterministische} Turingmaschine (TM) ist ein Tupel $M = (Q, \Sigma, \Gamma, \delta, q_0, \square, F)$ aus einer/einem \begin{itemize} \item \ldots - \item \alert{Übergangsfunktion} $\delta : Q \times \Gamma \to \mathcal{P} \left( Q \times \Gamma \times \left\{ L, R, N \right\} \right)$ + \item \structure{Übergangsfunktion} $\delta : Q \times \Gamma \to \mathcal{P} \left( Q \times \Gamma \times \left\{ L, R, N \right\} \right)$ \item \ldots \end{itemize} \end{definition} @@ -142,6 +142,22 @@ \end{frame} } +\defineUnit{lba}{% +\begin{frame} + \frametitle{Linear Beschränkte Automaten} + + \begin{definition}[Linear Beschränkte Automaten] + Eine TM heißt \structure{linear beschränkt (LBA)}, wenn sie den Bereich des Bandes, auf dem das Eingabewort steht, niemals verlässt. + \end{definition} + + \vfill + + \begin{theorem}[] + Die \structure{linear beschränkten NDTMs} akzeptieren genau die Klasse der \alert{kontextsensitiven Sprachen (Typ 1)}. + \end{theorem} +\end{frame} +} + \defineUnit{chomsky}{% \begin{frame}[c] \frametitle{Chomsky-Hierarchie} @@ -153,10 +169,10 @@ \tikzstyle{caption} = [align=left, anchor=north west]; \chomsky{tumlightblue}{}{0}{Alle formalen Sprachen}; - \chomsky{tumred}{}{1}{Typ 0 - Rekursiv aufzählbar\\Grammatik}; - \chomsky{tumblue}{}{2}{Typ 1 - Kontextsensitiv\\Längenmonotone Grammatik}; - \chomsky{tumorange}{}{3}{Typ 2 - Kontextfrei\\Links nur ein Nichtterminal}; - \chomsky{tumgreen}{}{4}{Typ 3 - Regulär\\Links- / Rechtsreguläre Grammatik}; + \chomsky{tumred}{}{1}{Typ 0 - Rekursiv aufzählbar\\Grammatik\\Turingmaschine, WHILE-Programm, $\mu$-rekursive Funktion}; + \chomsky{tumblue}{}{2}{Typ 1 - Kontextsensitiv\\Längenmonotone Grammatik\\Linear Beschränkter Automat (LBA)}; + \chomsky{tumorange}{}{3}{Typ 2 - Kontextfrei\\Links nur ein Nichtterminal\\Kellerautomat (PDA)}; + \chomsky{tumgreen}{}{4}{Typ 3 - Regulär\\Links- / Rechtsreguläre Grammatik\\DFA, NFA, RE}; \end{tikzpicture} \end{center} \end{frame} @@ -954,14 +970,14 @@ \vfill \begin{theorem}[] - Sei $A$ formale Sprache, dann ist äuqivalent: + Sei $A$ formale Sprache, dann ist äquivalent: \vspace{1em} \begin{itemize} - \item $A$ ist \alert{Typ 0 Sprache} - \item $A$ \alert{rekursiv aufzählbar} - \item $A$ \alert{semi-entscheidbar}, also $\chi'_A$ berechenbar - \item $A=L(M)$ für eine \alert{TM $M$} - \item $A$ ist \alert{Bild oder Urbild} einer berechenbaren Funktion + \item $A$ ist \structure{Typ 0 Sprache} + \item $A$ \structure{rekursiv aufzählbar} + \item $A$ \structure{semi-entscheidbar}, also $\chi'_A$ berechenbar + \item $A=L(M)$ für eine \structure{TM $M$} + \item $A$ ist \structure{Bild oder Urbild} einer berechenbaren Funktion \end{itemize} \end{theorem} \end{frame} @@ -973,13 +989,14 @@ \setbeamercovered{dynamic} \begin{itemize} - \item \alert{Abschlusseigenschaften} + \item Abschlusseigenschaften \end{itemize} \begin{table} \begin{tabu}to \textwidth{X[c]|ccccc} & Schnitt & Vereinigung & Komplement & Produkt & Stern \\ \tabucline{} REG & ja & ja & ja & ja & ja\\ CFL & nein & ja & nein & ja & ja\\ + CSL & ja & ja & ja & ja & ja\\ TM & \structure{ja} & \structure{ja} & \structure{nein} & \structure{ja} & \structure{ja} \end{tabu} \end{table} @@ -987,13 +1004,14 @@ \vfill \begin{itemize} - \item \alert{Entscheidbarkeit} + \item Entscheidbarkeit \end{itemize} \begin{table} \begin{tabu}to \textwidth{X[c]|cccc} & Wortproblem & Leerheit & Äquivalenz & Schnittproblem\\ \tabucline{} DFA & $\Oh(n)$ & ja & ja & ja\\ CFG & $\Oh(n^3)$ & ja & nein & nein\\ + CSL & $\Oh(2^n)$ & nein & nein & nein\\ TM & \structure{nein} & \structure{nein} & \structure{nein} & \structure{nein} \end{tabu} \end{table} @@ -1010,12 +1028,13 @@ \tikzstyle{rect} = [thick]; \tikzstyle{caption} = [align=left, anchor=north west]; - \langclass{brown}{}{0}{Formale Sprache - $\Sigma^*$}; + \definecolor{hannahyellow}{HTML}{FFB81C} + \langclass{brown}{}{0}{Formale Sprache $\subseteq \Sigma^*$}; \langclass{tumblue}{}{1}{Typ 0 - Semi-Entscheidbar}; \langclass{tumgreen}{}{2}{Entscheidbar}; \langclass{violet}{}{3}{LOOP, PR}; \langclass{tumred}{}{4}{NP}; - \langclass{tumorange}{dashed}{5}{P}; + \langclass{hannahyellow}{dashed}{5}{P}; \langclass{tumgreen!40!black}{}{6}{Typ 2 - Kontextfrei}; \langclass{tumlightblue!80!black}{}{7}{Typ 3 - Regulär}; \langclass{tumblue!20!black}{}{8}{Endlich};