运用C++编写一个模块,根据一个正规表达式构造最少状态的确定有限自动机。

时间: 2024-03-07 22:46:30 浏览: 74
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形式语言与自动机:第五讲 有限状态自动机 -正规表达式

好的,您的问题是如何运用C++编写一个模块,根据一个正规表达式构造最少状态的确定有限自动机。 首先,我们需要了解一些基本的概念: 1. 正规表达式:用来描述一类字符串的表达式,包括字符、字符集合、重复、选择等等。 2. 确定有限自动机(DFA):是一种有限状态自动机,它接受一些输入,并根据当前状态和输入字符转移到下一个状态。 3. 最少状态:指在能够接受相同的字符串的前提下,状态数最小的DFA。 接下来,我们可以按照以下步骤编写代码: 1. 从正规表达式中构造后缀表达式,这个可以使用栈来实现。 2. 从后缀表达式中构造NFA(非确定有限自动机),这个可以使用 Thompson 算法来实现。 3. 将NFA转换为DFA,这个可以使用子集构造算法来实现。 4. 最后,对DFA进行最小化处理,这个可以使用Hopcroft算法。 以下是代码示例: ```cpp #include <iostream> #include <stack> #include <vector> #include <map> #include <set> #include <algorithm> using namespace std; // 定义状态结构体 struct State { int id; // 状态编号 bool isFinal; // 是否是终止状态 map<char, set<State*>> transitions; // 转移函数 }; // 定义NFA结构体 struct NFA { State* start; // 起始状态 State* end; // 终止状态 }; // 定义DFA结构体 struct DFA { State* start; // 起始状态 set<State*> states; // 所有状态 }; // 定义最小化状态的结构体 struct MinimizeState { int id; // 状态编号 bool isFinal; // 是否是终止状态 map<char, int> transitions; // 转移函数 }; // 定义最小化DFA的结构体 struct MinimizeDFA { int start; // 起始状态编号 vector<MinimizeState> states; // 所有状态 }; // 定义操作符的优先级 map<char, int> priority = {{'|', 0}, {'.', 1}, {'*', 2}}; // 构造后缀表达式 string toPostfix(string regex) { string postfix; stack<char> opStack; for (char c : regex) { if (c == '(') { opStack.push(c); } else if (c == ')') { while (opStack.top() != '(') { postfix += opStack.top(); opStack.pop(); } opStack.pop(); } else if (c == '|' || c == '.' || c == '*') { while (!opStack.empty() && opStack.top() != '(' && priority[c] <= priority[opStack.top()]) { postfix += opStack.top(); opStack.pop(); } opStack.push(c); } else { postfix += c; } } while (!opStack.empty()) { postfix += opStack.top(); opStack.pop(); } return postfix; } // 构造NFA NFA toNFA(string postfix) { stack<NFA> nfaStack; int id = 0; for (char c : postfix) { if (c == '|') { NFA nfa; State* state = new State{id++, false, {}}; state->transitions['#'].insert(nfaStack.top().start); state->transitions['#'].insert(nfaStack.top().end); nfa.end = nfaStack.top().end; nfaStack.pop(); nfa.start = state; nfaStack.push(nfa); } else if (c == '.') { NFA nfa; nfa.end = nfaStack.top().end; nfaStack.pop(); nfa.start = nfaStack.top().start; nfaStack.pop(); nfaStack.push(nfa); } else if (c == '*') { NFA nfa; State* state1 = new State{id++, false, {}}; State* state2 = new State{id++, false, {}}; state1->transitions['#'].insert(nfaStack.top().start); state1->transitions['#'].insert(state2); nfaStack.top().end->transitions['#'].insert(nfaStack.top().start); nfaStack.top().end->transitions['#'].insert(state2); nfa.start = state1; nfa.end = state2; nfaStack.pop(); nfaStack.push(nfa); } else { NFA nfa; State* state1 = new State{id++, false, {}}; State* state2 = new State{id++, false, {}}; state1->transitions[c].insert(state2); nfa.start = state1; nfa.end = state2; nfaStack.push(nfa); } } NFA nfa = nfaStack.top(); return nfa; } // 构造DFA DFA toDFA(NFA nfa) { DFA dfa; set<State*> processed; stack<State*> unprocessed; State* start = new State{0, false, {}}; start->transitions['#'].insert(nfa.start); dfa.start = start; unprocessed.push(start); while (!unprocessed.empty()) { State* state = unprocessed.top(); unprocessed.pop(); processed.insert(state); for (auto const& [symbol, toStates] : state->transitions) { State* newState = new State{0, false, {}}; for (State* toState : toStates) { newState->id |= toState->id; if (toState->isFinal) { newState->isFinal = true; } for (auto const& [symbol2, toStates2] : toState->transitions) { newState->transitions[symbol2].insert(toStates2.begin(), toStates2.end()); } } if (!newState->transitions.empty() && processed.find(newState) == processed.end()) { unprocessed.push(newState); dfa.states.insert(newState); } state->transitions[symbol].clear(); state->transitions[symbol].insert(newState); } } return dfa; } // 最小化DFA MinimizeDFA minimizeDFA(DFA dfa) { vector<set<State*>> P; set<State*> F; for (State* state : dfa.states) { if (state->isFinal) { F.insert(state); } } set<State*> nonF; set_difference(dfa.states.begin(), dfa.states.end(), F.begin(), F.end(), inserter(nonF, nonF.begin())); P.push_back(F); P.push_back(nonF); while (true) { bool found = false; for (int i = 0; i < P.size(); i++) { set<State*> S = P[i]; for (auto const& [symbol, _] : dfa.start->transitions) { set<State*> T; for (State* state : S) { T.insert(*state->transitions[symbol].begin()); } int j = 0; for (; j < P.size(); j++) { set<State*> U = P[j]; set<State*> intersection; set_intersection(T.begin(), T.end(), U.begin(), U.end(), inserter(intersection, intersection.begin())); if (!intersection.empty() && intersection != T) { found = true; set<State*> difference; set_difference(U.begin(), U.end(), intersection.begin(), intersection.end(), inserter(difference, difference.begin())); P.erase(P.begin() + j); P.insert(P.begin() + j, intersection); P.insert(P.begin() + j + 1, difference); break; } } if (found) { break; } } if (found) { break; } } if (!found) { break; } } MinimizeDFA minimizeDfa; map<State*, int> stateMap; int id = 0; for (auto const& S : P) { MinimizeState state; state.id = id++; if (S.find(dfa.start) != S.end()) { minimizeDfa.start = state.id; } for (State* s : S) { if (s->isFinal) { state.isFinal = true; break; } } for (auto const& [symbol, toStates] : (*S.begin())->transitions) { State* toState = *toStates.begin(); state.transitions[symbol] = stateMap[toState]; } minimizeDfa.states.push_back(state); stateMap[*S.begin()] = state.id; } return minimizeDfa; } // 测试 int main() { string regex = "(a|b)*abb"; string postfix = toPostfix(regex); NFA nfa = toNFA(postfix); DFA dfa = toDFA(nfa); MinimizeDFA minimizeDfa = minimizeDFA(dfa); return 0; } ``` 以上就是一个简单的实现。需要注意的是,这个实现还有一些问题,比如没有进行内存释放等等,需要您自己进一步完善。
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#include int main() { int state_key = 1; //钥匙状态 为1时钥匙区有钥匙,为时钥匙区 无钥匙 int state_hold = 0; // 钥匙持有状态 为1时持有钥匙,为时 未持有钥匙 int state_door = 0; //门状态 0:关闭 1:打开 int state_lock = 1; //上锁状态 1:上锁 0:解锁 int order; // 用于存放用户输入指令 printf("this is a game.\n"); printf ("if you want to OPEN THE DOOR ,input 1\n"); printf ("if you want to CLOSE THE DOOR ,input 2\n"); printf ("if you want to LOCK THE DOOR ,input 3\n"); printf ("if you want to UNLOCK THE DOOR,input 4\n"); // printf ("if you want to LOCK THE DOOR ,input 5\n"); printf("please input the order\n"); while(1) { scanf("%d",&order); // if(order!=(1||2||3||4)) // { // printf("worng input ,please input again.\n"); // continue; // } switch(order) { case 1 : if(state_door==1) { printf("the door has been opened before\n"); break; } if(state_lock==1) { printf("the door has been lock\n"); break; } state_door=1; break; case 2: if(state_door==0) { printf("the door has been closed before\n"); break; } if(state_lock==1) { printf("the door has been lock\n"); break; } state_door=0; break; case 3: if(state_door==1) { printf("the door has been opened before\n"); break; } if(state_lock==1) { printf("the door has been lock\n"); break; } state_lock=1; break ; case 4: if(state_door==1) { printf("the door has been opened before\n"); break; } if(state_lock==0) { printf("the door has not been lock\n"); break; } state_lock=0; break ; } } }

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