NFA(不确定的有穷自动机)转化为DFA(确定的有穷自动机)

NFA转换DFA,通常是将带空串的NFA(即:ε-NFA)先转化为不带空串的NFA(即:NFA),然后再转化为DFA。

提示:ε是空串的意思!空串没有任何字符!

这里直接讲将ε-NFA转化为DFA的过程,将NFA转化为DFA的情况类似。

转化的过程总的来说有两大步骤:ε-NFA转化为DFA,以及DFA简化

ε-NFA转化为DFA前件知识

1、对状态图进行改造

增加状态X,Y,使之成为新的唯一的初态和终态,从X引ε弧到原初态节点,从原终态节点引ε弧到Y节点。

2、利用子集法对NFA进行确定化。

  • 子集法

子集法:将NFA转化为接受同样语言的DFA。

DFA的每一个状态对应NFA的一组状态;

DFA使用它的状态去记录NFA读入一个符号后可能达到的所有状态

如上图,A对应ε-NFA的0和1状态,A代表的是一组状态。因此,DFA使用它的状态去记录NFA读入一个符号后可能达到的所有状态。

  • 构造状态转化表

    • ε-closure(ε-闭包)

状态集合I的ε-闭包是一状态集。

任何状态q∈I,则q∈ε-closure(I)

任何状态q∈I,则q经任意条ε弧而能到达的状态q'∈ε-closure(I)

比如上图,假设I={0},那么0∈ε-closure(I);并且0经ε弧能到达1状态,因此,1∈ε-closure(I)。即:ε-closure({0})={0,1}。

案例再现

可能前面的理论有些乱,理不清,这里用一个例题演绎如何将ε-NFA转化为DFA。

已知下面的NFA图,求确定后的DFA:

①改造状态图:在起始状态分别加上X、Y状态,连接输入符号为ε。

②状态转换表

状态集合 \状态 0 1
A={X,0,2,1} B={2,3,1} C={2,1}
B={2,3,1} D={2,4,3,1,Y} C={2,1}
C={2,1} B={2,3,1} C={2,1}
D={2,4,3,1,Y} D={2,4,3,1,Y} C={2,1}

!提示:A,B,C,D表示状态集合;0,1分别表示状态0和1。第二行第二列表示状态集合A的状态在输入符号0后到达的状态的ε-闭包为B={2,3,1}

获得改造后的状态图后,我们找到起始状态为X,由于X与0之间是输入的ε符号,所以X与0等价;同理,0与2等价,1与2等价。所以,起始状态有{X,0,2,1},我们给它命名为状态A。

再看第二列,处于起始状态A时,当输入字符为0时到达的状态分别有:2输入0到达2本身;1输入0到达3,因此还有3状态。再看与2等价的状态有:1;与3等价的状态无。因此,输入字符0时到达的状态有{2,3},它的闭包是:{2,3,1}。

第三列同理,处于起始状态A时,当输入字符为1时到达的状态只有2。2的等价状态有1。因此,输入字符1时A到达的状态有{2},它的闭包是{2,1}。

!注意:状态转换表里面填入的是闭包结果。

最后得到的DFA图为:(未简化)

DFA简化

状态S和状态T等价的条件
  • 一致性条件:状态S和T必须同时为可接受状态不可接受状态
  • 蔓延性条件:对于所有符号,状态S和T必须转换到等价的状态里。
DFA简化算法:

1、假定一个集合中的状态都是等价的,首先将DFA的所有状态放在一个集合I中。

2、所有状态分成两个子集——终态集和非终态集。运用判定状态等价原则分别对两个子集的状态进行分析和划分。若发现某个状态与其他状态不等价,则将其作为一个新的状态子集,如果无法区分,则放在同一子集中。

3、从每个子集中选出一个状态做代表,即可构成简化的DFA。

4、含有原来初态的子集仍为初态,各终态的子集仍为终态。

案例再现

将上面未简化的DFA图简化:

①I = {A,B,C,D}

②拆分终态集和非终态集:

非终态集{A,B,C}+终态集{D}

③对{A,B,C}继续拆分:

A输入0后到达B,而B⊆{A,B,C},故A不能拆分;

再看B,B输入0后到达D,而D{A,B,C},故B可以拆分;

再看C,C输入0后到达B,B⊆{A,B,C},故C也不能拆分。

综上:{A,B,C}可拆分为{A,C}+{B}。

④对{A,C}继续拆分:

A输入1时到达C,而C⊆{A,C},故A不可拆分;

再看C,C输入1时到达C状态,而C⊆{A,C},故C也不可拆分。

⑤综合起来,上面未简化的DFA图简化后得到的状态应该是:{A,C}+{B}+{D}。

!注意:同一个{}大括号里面的状态是等价的,因此,画图时选其一即可。

简化后的DFA图为:

Are you got it?(你学会了吗?)

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    https://www.bilibili.com/video/BV1dj411f7AR?p=50 例题:

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