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TilBlechschmidt authored Jan 30, 2018
2 parents a73ee99 + da3a9f2 commit 28c5471
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40 changes: 35 additions & 5 deletions src/DiskreteMathematik/FormaleGrundlagen.tex
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Expand Up @@ -7,14 +7,20 @@
\section{Mengenlehre}
\subsection{Naive Mengenlehre}
In der naiven Mengenlehre ist eine Menge durch die Elemente, die sie umschließt, definiert.
Eine einfache Menge kann mit $A = \{a, b, c\}$ beschrieben werden. Dabei ist $A$ der Name der Menge und $a, b, c$ sind die Urelemente der Menge. Dabei sind die Elemente atomar, also nicht weiter zerlegbar und divers bzw. wohlverschieden. Es gilt also $\{a, a, b, c\} = \{a, b, c\}$.
Eine einfache Menge kann mit $A = \{a, b, c\}$ beschrieben werden. Dabei ist $A$ der Name der Menge und $a, b, c$ sind die Urelemente der Menge. Dabei sind die Elemente atomar, also nicht weiter zerlegbar und divers bzw. wohlverschieden\footnote{Jedes Element darf nur einmal in der Menge vorkommen}. Es gilt also $\{a, a, b, c\} = \{a, b, c\}$.

Eine Methode zur Beschreibung einer Menge $B$, welche alle durch zwei teilbaren natürlichen Zahlen enthält, ist:

\begin{equation}
B = \{a \in \mathbb{N} | a \bmod 2 = 0\}
\end{equation}

Alternativ lässt sich die Bedingung auch ausschreiben:

\begin{equation}
B = \{a | a \text{ ist eine durch zwei teilbare, natürliche Zahl}\}
\end{equation}

\subsubsection{Operatoren}
Auf Mengen lassen sich - wie bei normalen Zahlen - Operatoren anwenden, die im folgenden erläutert werden sollen.

Expand Down Expand Up @@ -110,12 +116,15 @@

Die so entstandene Menge enthält Tupel mit allen möglichen Reihenfolgen, wie z.B. $\left(a, b, a, d, c, a, b\right)$, die einen Punkt im diskreten Raum $A^n$ beschreiben. Dieses Tupel hat eine Sortierung und kann Elemente mehrfach enthalten.

\paragraph{Kleene Operation}
\paragraph{Kleenesche Hülle}
Gegeben sei die Menge $A$. Für diese Menge ist die Kleene Operation folgendermaßen definiert:

\begin{equation}
A^* = \bigcup_{i \in \mathbb{N} }= A^i=\Sigma^0\cup\Sigma^1\cup\Sigma^2\cup ...
A^* = \bigcup_{i \in \mathbb{N} } A^i=A^0\cup A^1\cup A^2\cup ...
\end{equation}

\paragraph{Leere Menge ($\emptyset$)}
Die leere Menge definiert eine Menge, welche keine Elemente enthält. Sie wird entweder durch $\emptyset$ oder $\{\}$ dargestellt und ist in jeder Menge enthalten, jedoch nicht in jedem Mengensystem.

\subsubsection{Sprachen}
Gegeben sei das Alphabet $\Sigma$. Daraus ergibt sich folgendes:
Expand Down Expand Up @@ -299,7 +308,8 @@
\end{tikzpicture}
\end{center}

\subsection[DEA]{Deterministischer Endlicher Automat}
\subsection[DEA]{Deterministischer endlicher Automat}
\label{section:DiskreteMathematik:FormaleGrundlagen:DEA}
Ein deterministischer endlicher Automat ist ein kantengewichteter Graph mit weiteren Eigenschaften.

\subsubsection{Eigenschaften}
Expand Down Expand Up @@ -329,6 +339,26 @@
|S| + |\Sigma| < \infty
\end{equation}

\subsection[NEA]{Nicht deterministischer endlicher Automat}
Ein nicht deterministischer endlicher Automat unterscheidet sich von einem \hyperref[section:DiskreteMathematik:FormaleGrundlagen:DEA]{DEA} indem seine Zustandsüberführungsfunktion nicht eindeutig ist, sondern eine Menge von Zuständen zurückgibt. Es kann also mehrere Zustände für ein gegebenes Wort geben.
Formal wird ein NEA durch ein Quintupel aus den Elementen $(S, \Sigma, \delta, S_0, K)$ definiert:

\paragraph{Zustände ($S$)} Eine endliche, nicht leere Menge von möglichen Zuständen des DEA.

\paragraph{Eingabealphabet ($\Sigma$)} Eine endliche, nicht leere Menge aller Buchstaben die die Zustandsübergangsfunktion akzeptiert.

\paragraph{Zustandsübergangsfunktion ($\delta$)} Die Übergangsrelation gibt für einen gegebenen Zustand $s \in S$ und ein Buchstaben $a \in \Sigma$ die Menge der neuen Zustände zurück. Formal wird dies wie folgt geschrieben:
\begin{equation}
\delta: s \times a \rightarrow S^*
\end{equation}

\paragraph{Startzustand ($S_0$)}
Ein Element $S_0 \in S$ wird als Startzustand festgelegt.

\paragraph{Akzeptierende Zustände ($K$)}
Eine Menge $K \subseteq S$ wird als Menge der akzeptierenden Zustände festgelegt.


\subsection{Chomsky-Hierarchie}
Die Chomsky-Hierarchie ordnet alle Sprachen mit 4 Typen:

Expand All @@ -345,5 +375,5 @@
Typ 2 Sprachen sind kontextfreie Sprachen und sind eine Teilmenge der Typ 1 Sprachen.

\paragraph{Typ 3}
Typ 3 Sprachen sind reguläre Sprachen mit einer regulären Grammatik und sind eine Teilmenge der Typ 2 Sprachen.
Typ 3 Sprachen sind reguläre Sprachen mit einer regulären Grammatik und sind eine Teilmenge der Typ 2 Sprachen. Sie werden von endlichen Automaten akzeptiert.
\end{document}

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