题目
(9)请构造正规式1(0|1)*101的DFA,并将其最小化。
(9)请构造正规式1(0|1)*101的DFA,并将其最小化。
题目解答
答案
根据正规式 $1(0|1)^*101$,构造的最小化 DFA 如下:
- 状态:$Q = \{q_0, q_1, q_2, q_3, q_4, q_5\}$。
- 初始状态[1]:$q_0$。
- 接受状态:$F = \{q_4\}$。
- 转移表:
| 状态 | 输入 `0` | 输入 `1` |
|------|----------|----------|
| $q_0$| $q_5$ | $q_1$ |
| $q_1$| $q_1$ | $q_2$ |
| $q_2$| $q_3$ | $q_1$ |
| $q_3$| $q_5$ | $q_4$ |
| $q_4$| $q_5$ | $q_5$ |
| $q_5$| $q_5$ | $q_5$ |
此 DFA 已是最小化形式,无法进一步合并状态。每个状态均对应特定匹配阶段,确保正确识别目标字符串。
解析
考查要点:本题要求根据给定的正规式构造对应的确定有限自动机(DFA),并将其最小化。主要考查学生对正规式到DFA转换方法的掌握,以及DFA状态最小化的理解与应用。
解题核心思路:
- 正规式分析:将正规式分解为关键部分(如起始符
1
、中间任意字符序列(0|1)*
、结尾101
),设计状态转移逻辑。 - 状态设计:通过状态表示匹配进度,如初始状态、中间任意字符处理状态、结尾匹配状态等。
- 陷阱状态:处理无法继续匹配的情况,所有输入均保留在陷阱状态。
- 最小化:通过状态等价性判断,合并不可区分的状态,确保DFA状态数最少。
破题关键点:
- 状态转移逻辑需严格对应正规式结构,确保所有可能输入路径被正确处理。
- 陷阱状态的引入可简化无法继续匹配的分支。
- 最小化过程需验证状态间的转移和接受属性是否等价。
步骤1:分析正规式结构
正规式 1(0|1)*101
的结构为:
- 起始符
1
:必须以1
开头。 - *中间任意字符序列`(0|1)
**:允许任意数量的
0或
1`。 - 结尾
101
:必须以101
结尾。
步骤2:设计DFA状态
q0
(初始状态):等待读取起始符1
。q1
:已读起始符1
,处理中间任意字符。q2
:中间序列结束后,开始匹配结尾1
。q3
:匹配到1
后的0
。q4
(接受状态):匹配到101
的最后一个1
。q5
(陷阱状态):无法继续匹配时进入,所有输入均保留在q5
。
步骤3:构建转移表
状态 | 输入 0 |
输入 1 |
---|---|---|
q0 |
q5 |
q1 |
q1 |
q1 |
q2 |
q2 |
q3 |
q1 |
q3 |
q5 |
q4 |
q4 |
q5 |
q5 |
q5 |
q5 |
q5 |
步骤4:DFA最小化
- 状态等价性判断:所有状态在转移和接受属性上均不可区分,因此无法合并,DFA已是最小化形式。