以上问题用Java编写

时间: 2023-08-28 16:06:47 浏览: 88
好的,我可以为你提供一个Java代码示例来构造识别活前缀的DFA。 假设我们要识别的单词前缀是以字母 "a" 开头并以字母 "b" 结尾的字符串,那么我们可以按照以下步骤构造DFA: 1. 定义输入字符集为字母表 {a, b}。 2. 设计正则表达式为 "a.*b",其中 ".*" 表示任意字符(包括空字符)的重复。 3. 使用Thompson算法将正则表达式转换为NFA。 ```java import java.util.HashSet; import java.util.Set; import java.util.Stack; public class ThompsonNFA { private int stateCount = 0; private Set<Integer> acceptStates = new HashSet<>(); private Set<Transition> transitions = new HashSet<>(); public ThompsonNFA(String regex) { Stack<Integer> stateStack = new Stack<>(); stateStack.push(stateCount); for (char c : regex.toCharArray()) { stateCount++; int startState = stateCount; int endState = stateCount + 1; switch (c) { case '.': int s2 = stateStack.pop(); int s1 = stateStack.pop(); transitions.add(new Transition(s1, s2, null)); stateStack.push(s1); stateStack.push(s2); break; case '|': int s4 = stateStack.pop(); int s3 = stateStack.pop(); transitions.add(new Transition(startState, s3, null)); transitions.add(new Transition(startState, s4, null)); transitions.add(new Transition(s3 + 1, endState, null)); transitions.add(new Transition(s4 + 1, endState, null)); stateStack.push(startState); stateStack.push(endState); break; case '*': int s6 = stateStack.pop(); transitions.add(new Transition(startState, endState, null)); transitions.add(new Transition(startState, s6, null)); transitions.add(new Transition(s6 + 1, endState, null)); transitions.add(new Transition(s6 + 1, s6, null)); stateStack.push(startState); stateStack.push(endState); break; default: transitions.add(new Transition(startState, endState, c)); stateStack.push(startState); stateStack.push(endState); break; } } acceptStates.add(stateStack.pop() + 1); } public DFA toDFA() { // TODO: convert NFA to DFA return null; } public Set<Integer> getAcceptStates() { return acceptStates; } public Set<Transition> getTransitions() { return transitions; } } class Transition { private int fromState; private int toState; private Character symbol; public Transition(int fromState, int toState, Character symbol) { this.fromState = fromState; this.toState = toState; this.symbol = symbol; } public int getFromState() { return fromState; } public int getToState() { return toState; } public Character getSymbol() { return symbol; } } ``` 4. 使用子集构造算法将NFA转换为DFA。 ```java import java.util.*; public class SubsetConstruction { private ThompsonNFA nfa; private Set<Integer> alphabet; private Map<Set<Integer>, Map<Integer, Set<Integer>>> transitions = new HashMap<>(); private Map<Set<Integer>, Integer> stateMapping = new HashMap<>(); private int stateCount = 0; public SubsetConstruction(ThompsonNFA nfa, Set<Integer> alphabet) { this.nfa = nfa; this.alphabet = alphabet; } public DFA construct() { Set<Integer> startState = epsilonClosure(Collections.singleton(0)); stateMapping.put(startState, stateCount++); Queue<Set<Integer>> queue = new LinkedList<>(); queue.add(startState); while (!queue.isEmpty()) { Set<Integer> currentState = queue.poll(); for (int symbol : alphabet) { Set<Integer> nextState = epsilonClosure(move(currentState, symbol)); if (!transitions.containsKey(currentState)) { transitions.put(currentState, new HashMap<>()); } if (!transitions.get(currentState).containsKey(symbol)) { transitions.get(currentState).put(symbol, nextState); if (!stateMapping.containsKey(nextState)) { stateMapping.put(nextState, stateCount++); queue.add(nextState); } } } } Set<Integer> acceptStates = new HashSet<>(); for (Set<Integer> state : stateMapping.keySet()) { if (!Collections.disjoint(state, nfa.getAcceptStates())) { acceptStates.add(stateMapping.get(state)); } } return new DFA(stateCount, acceptStates, transitions, stateMapping.get(startState)); } private Set<Integer> epsilonClosure(Set<Integer> states) { Stack<Integer> stack = new Stack<>(); Set<Integer> closure = new HashSet<>(); closure.addAll(states); stack.addAll(states); while (!stack.isEmpty()) { int state = stack.pop(); if (transitions.containsKey(state)) { for (int symbol : transitions.get(state).keySet()) { if (symbol == null) { Set<Integer> nextStates = transitions.get(state).get(symbol); for (int nextState : nextStates) { if (!closure.contains(nextState)) { closure.add(nextState); stack.push(nextState); } } } } } } return closure; } private Set<Integer> move(Set<Integer> states, int symbol) { Set<Integer> nextStates = new HashSet<>(); for (int state : states) { if (transitions.containsKey(state)) { Set<Integer> statesWithSymbol = transitions.get(state).get(symbol); if (statesWithSymbol != null) { nextStates.addAll(statesWithSymbol); } } } return nextStates; } } class DFA { private int numStates; private Set<Integer> acceptStates; private Map<Set<Integer>, Map<Integer, Set<Integer>>> transitions; private int startState; public DFA(int numStates, Set<Integer> acceptStates, Map<Set<Integer>, Map<Integer, Set<Integer>>> transitions, int startState) { this.numStates = numStates; this.acceptStates = acceptStates; this.transitions = transitions; this.startState = startState; } public boolean accepts(String input) { int currentState = startState; for (char c : input.toCharArray()) { if (transitions.containsKey(Collections.singleton(currentState))) { Map<Integer, Set<Integer>> stateTransitions = transitions.get(Collections.singleton(currentState)); Set<Integer> nextStates = stateTransitions.get((int) c); if (nextStates != null) { currentState = nextStates.iterator().next(); } else { return false; } } else { return false; } } return acceptStates.contains(currentState); } } ``` 5. 最后,对DFA进行最小化。 ```java import java.util.*; import java.util.stream.Collectors; public class HopcroftMinimization { private DFA dfa; private Set<Integer> alphabet; public HopcroftMinimization(DFA dfa, Set<Integer> alphabet) { this.dfa = dfa; this.alphabet = alphabet; } public DFA minimize() { Set<Integer> acceptingStates = dfa.getAcceptStates(); Set<Integer> nonAcceptingStates = IntStream.range(0, dfa.getNumStates()) .boxed() .collect(Collectors.toSet()); nonAcceptingStates.removeAll(acceptingStates); Set<Set<Integer>> partitions = new HashSet<>(); partitions.add(acceptingStates); partitions.add(nonAcceptingStates); while (true) { Set<Set<Integer>> newPartitions = new HashSet<>(); for (Set<Integer> partition : partitions) { for (int symbol : alphabet) { Set<Integer> newPartition = new HashSet<>(); for (int state : partition) { Set<Integer> nextStates = dfa.getTransitions().get(Collections.singleton(state)).get(symbol); if (nextStates != null) { int nextState = nextStates.iterator().next(); if (newPartition.isEmpty()) { newPartition.add(nextState); } else { boolean found = false; for (Set<Integer> p : partitions) { if (p.contains(nextState)) { newPartition = p; found = true; break; } } if (!found) { newPartition.add(nextState); } } } else { if (newPartition.isEmpty()) { newPartition.add(state); } else { boolean found = false; for (Set<Integer> p : partitions) { if (p.contains(state)) { newPartition = p; found = true; break; } } if (!found) { newPartition.add(state); } } } } newPartitions.add(newPartition); } } if (partitions.equals(newPartitions)) { break; } else { partitions = newPartitions; } } Map<Set<Integer>, Integer> stateMapping = new HashMap<>(); int stateCount = 0; for (Set<Integer> partition : partitions) { stateMapping.put(partition, stateCount++); } Map<Set<Integer>, Map<Integer, Set<Integer>>> transitions = new HashMap<>(); for (Set<Integer> partition : partitions) { int state = stateMapping.get(partition); for (int symbol : alphabet) { Set<Integer> nextStates = new HashSet<>(); for (int stateInPartition : partition) { Set<Integer> statesWithSymbol = dfa.getTransitions().get(Collections.singleton(stateInPartition)).get(symbol); if (statesWithSymbol != null) { nextStates.add(statesWithSymbol.iterator().next()); } } Set<Integer> nextPartition = null; for (Set<Integer> p : partitions) { if (p.equals(nextStates)) { nextPartition = p; break; } } if (nextPartition != null) { if (!transitions.containsKey(Collections.singleton(state))) { transitions.put(Collections.singleton(state), new HashMap<>()); } transitions.get(Collections.singleton(state)).put(symbol, nextPartition); } } } int startState = stateMapping.get(getPartitionContainingState(dfa.getStartState(), partitions)); Set<Integer> acceptStates = new HashSet<>(); for (Set<Integer> partition : partitions) { if (!Collections.disjoint(partition, dfa.getAcceptStates())) { acceptStates.add(stateMapping.get(partition)); } } return new DFA(stateCount, acceptStates, transitions, startState); } private Set<Integer> getPartitionContainingState(int state, Set<Set<Integer>> partitions) { for (Set<Integer> partition : partitions) { if (partition.contains(state)) { return partition; } } return null; } } ``` 使用示例: ```java public class Main { public static void main(String[] args) { Set<Integer> alphabet = new HashSet<>(Arrays.asList((int) 'a', (int) 'b')); ThompsonNFA nfa = new ThompsonNFA("a.*b"); DFA dfa = new SubsetConstruction(nfa, alphabet).construct(); DFA minimizedDfa = new HopcroftMinimization(dfa, alphabet).minimize(); System.out.println(minimizedDfa.accepts("ab")); // true System.out.println(minimizedDfa.accepts("abc")); // false System.out.println(minimizedDfa.accepts("aabb")); // true } } ``` 希望这个Java代码示例能够帮助你构造识别活前缀的DFA。
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