正规文法与有限自动机相互转换c++代码实现

时间: 2024-06-12 16:10:41 浏览: 23
好的,这是一个比较复杂的问题,需要一定的计算机理论基础。我会尽可能简单地解释一下。 正规文法与有限自动机是两种描述形式语言的方式。正规文法是一种用于描述正则语言的形式化语法,而有限自动机是一种用于识别正则语言的自动机。 正规文法可以转换为有限自动机,这个过程叫做正规文法到NFA的转换。具体步骤如下: 1. 将正规文法转换为正则表达式。 2. 将正则表达式转换为NFA。 下面是一个简单的C++代码实现: ```c++ #include <iostream> #include <stack> #include <vector> #include <string> using namespace std; // 定义状态节点 struct State { int id; bool is_final; vector<pair<char, State*>> transitions; }; // 定义NFA class NFA { public: NFA(State* start, State* end) : start(start), end(end) {} State* start; State* end; }; // 定义正则表达式节点 struct RegexNode { char c; RegexNode* left; RegexNode* right; RegexNode(char c) : c(c), left(nullptr), right(nullptr) {} RegexNode(char c, RegexNode* left, RegexNode* right) : c(c), left(left), right(right) {} }; // 将正规文法转换为正则表达式 RegexNode* grammarToRegex(string grammar) { stack<RegexNode*> s; for (char c : grammar) { if (c == '*') { RegexNode* node = s.top(); s.pop(); s.push(new RegexNode(c, node, nullptr)); } else if (c == '|') { RegexNode* right = s.top(); s.pop(); RegexNode* left = s.top(); s.pop(); s.push(new RegexNode(c, left, right)); } else if (c == '.') { RegexNode* right = s.top(); s.pop(); RegexNode* left = s.top(); s.pop(); s.push(new RegexNode(c, left, right)); } else { s.push(new RegexNode(c)); } } return s.top(); } // 将正则表达式转换为NFA NFA regexToNFA(RegexNode* node, int& state_id) { if (node->c == '*') { NFA nfa = regexToNFA(node->left, state_id); State* new_start = new State{state_id++, false, {{' ', nfa.start}, {' ', nullptr}}}; State* new_end = new State{state_id++, true, {{' ', nfa.start}, {' ', nullptr}}}; nfa.end->transitions.push_back({' ', nfa.start}); nfa.end->transitions.push_back({' ', new_end}); new_start->transitions.push_back({' ', nfa.start}); new_start->transitions.push_back({' ', new_end}); return NFA(new_start, new_end); } else if (node->c == '|') { NFA left_nfa = regexToNFA(node->left, state_id); NFA right_nfa = regexToNFA(node->right, state_id); State* new_start = new State{state_id++, false, {{' ', left_nfa.start}, {' ', right_nfa.start}}}; State* new_end = new State{state_id++, true, {}}; left_nfa.end->transitions.push_back({' ', new_end}); right_nfa.end->transitions.push_back({' ', new_end}); return NFA(new_start, new_end); } else if (node->c == '.') { NFA left_nfa = regexToNFA(node->left, state_id); NFA right_nfa = regexToNFA(node->right, state_id); left_nfa.end->transitions.push_back({' ', right_nfa.start}); return NFA(left_nfa.start, right_nfa.end); } else { State* start = new State{state_id++, false, {}}; State* end = new State{state_id++, true, {}}; start->transitions.push_back({node->c, end}); return NFA(start, end); } } int main() { string grammar = "a.b|c*"; RegexNode* regex = grammarToRegex(grammar); int state_id = 0; NFA nfa = regexToNFA(regex, state_id); // 输出NFA cout << "NFA:\n"; cout << "Start state: " << nfa.start->id << "\n"; cout << "End state: " << nfa.end->id << "\n"; for (State* state : {nfa.start, nfa.end}) { cout << "State " << state->id << ": "; if (state->is_final) { cout << "final\n"; } else { cout << "not final\n"; } for (auto transition : state->transitions) { cout << " " << transition.first << " -> " << transition.second->id << "\n"; } } return 0; } ```

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