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Hopcroft, Rajeev Motwani, Jeffrey D. Ullman
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    Einführung in Automatentheorie, Formale Sprachen und Berechenbarkeit

    Einführung in Automatentheorie, Formale Sprachen und Berechenbarkeit

    Autoren:

    Verlag:
    Pearson Studium  Weitere Titel dieses Verlages anzeigen

    Auflage: 3., aktualisierte Auflage
    Erschienen: März 2011
    Seiten: 592
    Sprache: Deutsch
    Preis: 49.95 €
    Maße: 170x241x33
    Einband: Taschenbuch
    Reihe: Pearson Studium - IT
    ISBN: 9783868940824

    Inhaltsverzeichnis

    Kapitel 1 Automaten: Die Grundlagen und Methoden
    1.1 Wozu dient das Studium der Automatentheorie?.............
    1.1.1 Einführung in endliche Automaten .................
    1.1.2 Strukturelle Repräsentationen......................
    1.1.3 Automaten und Komplexität.......................
    1.2 Einführung in formale Beweise...........................
    1.2.1 Deduktive Beweise...............................
    1.2.2 Reduktion auf Definitionen........................
    1.2.3 Andere Formen von Sätzen........................
    1.2.4 Sätze, die keine Wenn-dann-Aussagen zu sein scheinen .
    1.3 Weitere Formen von Beweisen............................
    1.3.1 Beweise der Äquivalenz von Mengen................
    1.3.2 Die Umkehrung .................................
    1.3.3 Beweis durch Widerspruch........................
    1.3.4 Gegenbeispiele..................................
    1.4 Induktive Beweise .....................................
    1.4.1 Induktive Beweise mit ganzen Zahlen ...............
    1.4.2 Allgemeinere Formen der Induktion mit ganzen Zahlen .
    1.4.3 Strukturelle Induktion............................
    1.4.4 Gegenseitige Induktion ...........................
    1.5 Die zentralen Konzepte der Automatentheorie...............
    1.5.1 Alphabete......................................
    1.5.2 Zeichenreihen ..................................
    1.5.3 Sprachen.......................................
    1.5.4 Probleme.......................................
    Zusammenfassung von Kapitel 1..........................
    Inhaltsverzeichnis
    Vorwort
    Vorwort zur deutschen Auflage
    Kapitel 2 Endliche Automaten61
    2.1Eine informelle Darstellung endlicher Automaten63
    2.1.1Die Grundregeln63
    2.1.2Das Protokoll64
    2.1.3Die Automaten dazu befähigen, Eingaben zu ignorieren66
    2.1.4Das gesamte System aus Automaten darstellen68
    2.1.5 Mithilfe des Produktautomaten die Gültigkeit des Protokolls
    überprüfen70
    2.2Deterministische endliche Automaten71
    2.2.1Definition eines deterministischen endlichen Automaten71
    2.2.2Wie ein DEA Zeichenreihen verarbeitet72
    2.2.3Einfachere Notationen für DE As74
    2.2.4Die Ubergangsfunktion auf Zeichenreihen erweitern75
    2.2.5Die Sprache eines DEA79
    2.2.6Übungen zum Abschnitt 2.279
    2.3Nichtdeterministische endliche Automaten82
    2.3.1 Eine informelle Sicht auf nichtdeterministische endliche
    Automaten83
    2.3.2Definition nichtdeterministischer endlicher Automaten85
    2.3.3Die erweiterte Übergangsfunktion86
    2.3.4Die Sprache eines NEA87
    2.3.5 Äquivalenz deterministischer und nichtdeterministischer
    endlicher Automaten88
    2.3.6Ein ungünstiger Fall für die Teilmengenkonstruktion93
    2.3.7Übungen zum Abschnitt 2.395
    2.4Eine Anwendung: Textsuche97
    2.4.1Zeichenreihen in Texten finden97
    2.4.2 Nichtdeterministische endliche Automaten für die
    Textsuche98
    2.4.3Ein DEA, um die Menge von Schlüsselwörtern zu erkennen99
    2.4.4Übungen zum Abschnitt 2.4101
    2.5Endliche Automaten mit ¿-Übergängen101
    2.5.1Verwendungen von ¿ -Übergängen102
    2.5.2Die formale Notation eines ¿-NEA103
    2.5.3¿-Hüllen104
    2.5.4Erweiterte Übergänge und Sprachen für ¿-NEAs105
    2.5.5¿-Übergänge eliminieren107
    2.5.6Übungen zum Abschnitt 2.5110
    Zusammenfassung von Kapitel 2111
    Kapitel 3 Reguläre Ausdrücke und Sprachen113
    3.1Reguläre Ausdrücke114
    3.1.1Die Operatoren regulärer Ausdrücke115
    3.1.2Reguläre Ausdrücke bilden117
    3.1.3 Auswertungsreihenfolge der Operatoren regulärer
    Ausdrücke120
    3.1.4Übungen zum Abschnitt 3.1121
    3.2Endliche Automaten und reguläre Ausdrücke122
    3.2.1Von DE As zu regulären Ausdrücken122
    3.2.2 DEA durch die Eliminierung von Zuständen
    in reguläre Ausdrücke umwandeln128
    3.2.3Reguläre Ausdrücke in Automaten umwandeln134
    3.2.4Übungen zum Abschnitt 3.2138
    3.3Anwendungen regulärer Ausdrücke140
    3.3.1Reguläre Ausdrücke in Unix140
    3.3.2Lexikalische Analyse142
    3.3.3Textmuster finden144
    3.3.4Übungen zum Abschnitt 3.3146
    3.4Algebraische Gesetze für reguläre Ausdrücke147
    3.4.1Assoziativität und Kommutativität147
    3.4.2Identitäten und Annihilatoren148
    3.4.3Distributivgesetze149
    3.4.4Das Idempotenzgesetz150
    3.4.5Gesetze bezüglich der Hüllenbildung150
    3.4.6Gesetze für reguläre Ausdrücke entdecken151
    3.4.7 Test eines für reguläre Ausdrücke geltenden Gesetzes
    der Algebra154
    3.4.8Übungen zum Abschnitt 3.4156
    Zusammenfassung von Kapitel 3157
    Kapitel 4 Eigenschaften regulärer Sprachen159
    4.1Beweis der Nichtregularität von Sprachen160
    4.1.1Das Pumping-Lemma für reguläre Sprachen161
    4.1.2Anwendungen des Pumping-Lemmas162
    4.1.3Übungen zum Abschnitt 4.1164
    4.2Abschluss-Eigenschaften regulärer Sprachen166
    4.2.1 Abgeschlossenheit regulärer Sprachen bezüglich
    Boolescher Operationen166
    4.2.2Spiegelung173
    4.2.3Homomorphismus174
    4.2.4Inverser Homomorphismus176
    4.2.5Übungen zum Abschnitt 4.2182
    4.3Entscheidbarkeits-Eigenschaften regulärer Sprachen185
    4.3.1Wechsel zwischen Repräsentationen186
    4.3.2Prüfen, ob eine reguläre Sprache leer ist189
    4.3.3Zugehörigkeit zu einer regulären Sprache prüfen190
    4.3.4Übungen zum Abschnitt 4.3191
    4.4Äquivalenz und Minimierung von Automaten191
    4.4.1Prüfen, ob Zustände äquivalent sind192
    4.4.2Prüfen, ob reguläre Sprachen äquivalent sind195
    4.4.3Minimierung von DEAs198
    4.4.4Warum minimierte DEAs unschlagbar sind201
    4.4.5Übungen zum Abschnitt 4.4203
    Zusammenfassung von Kapitel 4204
    Kapitel 5 Kontextfreie Grammatiken und Sprachen205
    5.1Kontextfreie Grammatiken206
    5.1.1Ein informelles Beispiel206
    5.1.2Definition kontextfreier Grammatiken208
    5.1.3Ableitungen mithilfe einer Grammatik210
    5.1.4Links-und rechtsseitige Ableitungen213
    5.1.5Die Sprache einer Grammatik215
    5.1.6Satzformen216
    5.1.7Übungen zum Abschnitt 5.1217
    5.2Parse-Bäume219
    5.2.1Parse-Bäume aufbauen219
    5.2.2Der Ergebnis eines Parse-Baums221
    5.2.3Inferenz, Ableitungen und Parse-Bäume222
    5.2.4Von Inferenzen zu Bäumen223
    5.2.5Von Bäumen zu Ableitungen225
    5.2.6Von Ableitungen zu rekursiven Inferenzen228
    5.2.7Übungen zum Abschnitt 5.2230
    5.3Anwendungen kontextfreier Grammatiken231
    5.3.1Parser231
    5.3.2Der YACC-Parsergenerator234
    5.3.3Markup-Sprachen235
    5.3.4XML und Dokumenttypdefinitionen238
    5.3.5Übungen zum Abschnitt 5.3244
    5.4Mehrdeutigkeit von Grammatiken und Sprachen245
    5.4.1Mehrdeutige Grammatiken246
    5.4.2Mehrdeutigkeit aus Grammatiken tilgen248
    5.4.3 Linksseitige Ableitungen als Möglichkeit zur Beschreibung
    von Mehrdeutigkeit251
    5.4.4Inhärente Mehrdeutigkeit252
    5.4.5Übungen zum Abschnitt 5.4255
    Zusammenfassung von Kapitel 5256
    Kapitel 6 Pushdown-Automaten259
    6.1Definition des Pushdown-Automaten260
    6.1.1Informelle Einführung260
    6.1.2Die formale Definition von Pushdown-Automaten262
    6.1.3Eine grafische Notation für PDAs264
    6.1.4Unmittelbare Beschreibungen eines PDA265
    6.1.5Übungen zum Abschnitt 6.1269
    6.2Die Sprachen eines PDA270
    6.2.1Akzeptanz durch Endzustand270
    6.2.2Akzeptanz durch leeren Stack272
    6.2.3Vom leeren Stack zum Endzustand272
    6.2.4Vom Endzustand zum leeren Stack276
    6.2.5Übungen zum Abschnitt 6.2278
    6.3Äquivalenz von PDAs und kontextfreien Grammatiken279
    6.3.1Von Grammatiken zu PDAs280
    6.3.2Von PDAs zu Grammatiken283
    6.3.3Übungen zum Abschnitt 6.3288
    6.4Deterministische Pushdown-Automaten289
    6.4.1Definition eines deterministischen PDA290
    6.4.2Reguläre Sprachen und deterministische PDAs291
    6.4.3DPDAs und kontextfreie Sprachen292
    6.4.4DPDAs und mehrdeutige Grammatiken293
    6.4.5Übungen zum Abschnitt 6.4294
    Zusammenfassung von Kapitel 6295
    Kapitel 7 Eigenschaften kontextfreier Sprachen297
    7.1Normalformen kontextfreier Grammatiken298
    7.1.1Eliminierung unnützer Symbole298
    7.1.2Berechnung der erzeugenden und erreichbaren Symbole301
    7.1.38-Produktionen eliminieren302
    7.1.4Einheitsproduktionen eliminieren306
    7.1.5Chomsky-Normalform311
    7.1.6Übungen zum Abschnitt 7.1316
    7.2Das Pumping-Lemma für kontextfreie Sprachen319
    7.2.1Die Größe von Parse-Bäumen319
    7.2.2Aussage des Pumping-Lemmas320
    7.2.3 Anwendungen des Pumping-Lemmas für kontextfreie
    Sprachen323
    7.2.4Übungen zum Abschnitt 7.2326
    7.3Abschluss-Eigenschaften kontextfreier Sprachen328
    7.3.1Substitutionen328
    7.3.2Anwendungen des Substitutions-Theorems331
    7.3.3Spiegelung332
    7.3.4Durchschnitt mit einer regulären Sprache332
    7.3.5Inverse Homomorphismen337
    7.3.6Übungen zum Abschnitt 7.3339
    7.4Entscheidbarkeits-Eigenschaften kontextfreier Sprachen341
    7.4.1 Komplexität der Umwandlung von kfGs in PDAs und
    umgekehrt342
    7.4.2 Ausführungszeit der Umwandlung in Chomsky-
    Normalform343
    7.4.3Prüfen, ob eine kontextfreie Sprache leer ist345
    7.4.4Die Zugehörigkeit zu einer kontextfreien Sprache prüfen347
    7.4.5Vorschau auf unentscheidbare kfL-Probleme351
    7.4.6Übungen zum Abschnitt 7.4352
    Zusammenfassung von Kapitel 7353
    Kapitel 8 Einführung in Turing-Maschinen355
    8.1Probleme, die Computer nicht lösen können356
    8.1.1Programme, die »Hello, World« ausgeben357
    8.1.2Der hypothetische »Hello, World«-Tester359
    8.1.3Ein Problem auf ein anderes Problem reduzieren362
    8.1.4Übungen zum Abschnitt 8.1365
    8.2Die Turing-Maschine366
    8.2.1 Das Streben danach, alle mathematischen Fragen zu
    entscheiden367
    8.2.2Die Notation der Turing-Maschine368
    8.2.3Unmittelbare Beschreibungen für Turing-Maschinen369
    8.2.4Übergangsdiagramme für Turing-Maschinen373
    8.2.5Die Sprache einer Turing-Maschine376
    8.2.6Turing-Maschinen und das Halteproblem377
    8.2.7Übungen zum Abschnitt 8.2378
    8.3Programmiertechniken für Turing-Maschinen379
    8.3.1Speicher im Zustand380
    8.3.2Mehrere Spuren381
    8.3.3Unterprogramme383
    8.3.4Übungen zum Abschnitt 8.3386
    8.4Erweiterungen für die einfache Turing-Maschine386
    8.4.1Turing-Maschinen mit mehreren Bändern386
    8.4.2Äquivalenz zwischen ein- und mehrbändigen TMn388
    8.4.3Ausführungszeit und die Viele-Bänder-in-eins-Konstruktion390
    8.4.4Nichtdeterministische Turing-Maschinen391
    8.4.5Übungen zum Abschnitt 8.4393
    8.5Beschränkte Turing-Maschinen396
    8.5.1Turing-Maschinen mit semi-unendlichen Bändern397
    8.5.2Maschinen mit mehreren Stacks400
    8.5.3Zählermaschinen403
    8.5.4Die Leistungsfähigkeit von Zählermaschinen404
    8.5.5Übungen zum Abschnitt 8.5406
    8.6Turing-Maschinen und Computer407
    8.6.1Eine Turing-Maschine mit einem Computer simulieren407
    8.6.2Einen Computer mit einer Turing-Maschine simulieren409
    8.6.3 Laufzeitvergleich zwischen Computern und
    Turing-Maschinen413
    Zusammenfassung von Kapitel 8416
    Kapitel 9 Unentscheidbarkeit419
    9.1Eine nicht rekursiv aufzählbare Sprache421
    9.1.1Binärzeichenreihen aufzählen421
    9.1.2Codes für Turing-Maschinen422
    9.1.3Die Diagonalisierungssprache423
    9.1.4Der Beweis, dass Lj nicht rekursiv aufzählbar ist425
    9.1.5Übungen zum Abschnitt 9.1425
    9.2Ein unentscheidbares Problem, das rekursiv aufzählbar ist426
    9.2.1Rekursive Sprachen426
    9.2.2 Komplemente rekursiver und rekursiv aufzählbarer
    Sprachen427
    9.2.3Die universelle Sprache430
    9.2.4Unentscheidbarkeit der universellen Sprache433
    9.2.5Übungen zum Abschnitt 9.2434
    9.3Unentscheidbare Probleme über Turing-Maschinen436
    9.3.1Reduktionen436
    9.3.2Turing-Maschinen, die die leere Sprache akzeptieren438
    9.3.3 Der Satz von Rice und Eigenschaften der rekursiv
    aufzählbaren Sprachen441
    9.3.4 Probleme bezüglich Spezifikationen von
    Turing-Maschinen444
    9.3.5Übungen zum Abschnitt 9.3444
    9.4Das Postsche Korrespondenz-Problem446
    9.4.1Definition des Postschen Korrespondenz-Problems446
    9.4.2Das »modifizierte« PKP449
    9.4.3Fertigstellung des Beweises der PKP-Unentscheidbarkeit452
    9.4.4Übungen zum Abschnitt 9.4458
    9.5Andere unentscheidbare Probleme459
    9.5.1Probleme bei Programmen459
    9.5.2 Unentscheidbarkeit der Mehrdeutigkeit
    kontextfreier Grammatiken459
    9.5.3Das Komplement einer Listensprache462
    9.5.4Übungen zum Abschnitt 9.5465
    Zusammenfassung von Kapitel 9466
    Kapitel 10 Nicht handhabbare Probleme469
    10.1Die Klassen V und MP471
    10.1.1Mit polynomialem Zeitaufwand lösbare Probleme471
    10.1.2Beispiel: Der Kruskal-Algorithmus472
    10.1.3Nichtdeterministischer polynomialer Zeitaufwand476
    10.1.4Ein NP-Beispiel: Das Problem des Handlungsreisenden477
    10.1.5Polynomzeit-Reduktionen478
    10.1.6NP-vollständige Probleme480
    10.1.7Übungen zum Abschnitt 10.1482
    10.2Ein NP-vollständiges Problem483
    10.2.1Das Erfüllbarkeitsproblem484
    10.2.2SAT-Instanzen repräsentieren485
    10.2.3NP-Vollständigkeit des SAT-Problems486
    10.2.4Übungen zum Abschnitt 10.2493
    10.3Ein eingeschränktes Erfüllbarkeitsproblem493
    10.3.1Normalformen für Boolesche Ausdrücke494
    10.3.2Ausdrücke in KNF konvertieren495
    10.3.3NP-Vollständigkeit von CSAT498
    10.3.4NP-Vollständigkeit von 3SAT503
    10.3.5Übungen zum Abschnitt 10.3504
    10.4Weitere NP-vollständige Probleme505
    10.4.1NP-vollständige Probleme beschreiben506
    10.4.2Das Problem unabhängiger Mengen506
    10.4.3Das Problem der Knotenüberdeckung511
    10.4.4Das Problem des gerichteten Hamiltonschen Kreises512
    10.4.5 Ungerichtete Hamiltonsche Kreise und das
    Problem des Handlungsreisenden519
    10.4.6Zusammenfassung NP-vollständiger Probleme521
    10.4.7Übungen zum Abschnitt 10.4521
    Zusammenfassung von Kapitel 10526
    Kapitel 11 Zusätzliche Problemklassen529
    11.1Komplemente von Sprachen, die in MV enthalten sind531
    11.1.1Die Sprachklasse Co-A/'P531
    11.1.2NP-vollständige Probleme und Co -MV532
    11.1.3Übungen zum Abschnitt 11.1533
    11.2Probleme, die mit polynomialem Speicherplatz lösbar sind534
    11.2.1Turing-Maschinen mit polynomialer Platzbegrenzung534
    11.2.2 Beziehung von VS und MVS zu früher definierten
    Klassen535
    11.2.3 Deterministischer und nichtdeterministischer
    polynomialer Speicherplatz537
    11.3Ein für VS vollständiges Problem540
    11.3.1PS-Vollständigkeit540
    11.3.2Quantifizierte Boolesche Formeln541
    11.3.3Quantifizierte Boolesche Formeln auswerten542
    11.3.4PS-Vollständigkeit des QBF-Problems544
    11.3.5Übungen zum Abschnitt 11.3550
    11.4Sprachklassen basierend auf Randomisierung550
    11.4.1 Quicksort: Ein Beispiel für einen zufallsabhängigen
    Algorithmus551
    11.4.2 Ein auf Zufallsabhängigkeit basierendes Modell
    einer Turing-Maschine552
    11.4.3Die Sprache einer zufallsabhängigen Turing-Maschine554
    11.4.4Die Klasse 1ZV556
    11.4.5In 7ZV enthaltene Sprachen erkennen558
    11.4.6Die Klasse ZW559
    11.4.7Beziehung zwischen VSP und ZW560
    11.4.8Beziehungen zu den Klassen T^und MP562
    11.5Die Komplexität des Primzahltests562
    11.5.1Die Bedeutung des Primzahltests563
    11.5.2Einführung in Modular-Arithmetik565
    11.5.3Die Komplexität modular-arithmetischer Berechnungen567
    11.5.4Zufallsabhängig-polynomiales Primzahl-Testen568
    11.5.5Nichtdeterministische Primzahltests570
    11.5.6Übungen zum Abschnitt 11.5573
    Zusammenfassung von Kapitel 11574
    Literaturverzeichnis577
    Stichwortverzeichnis587