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1 Mais Propriedades de Linguagens Regulares

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Mais Propriedades de

Linguagens Regulares

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2

Já provamos

Linguagens Regulares são fechadas sob:

União

Concatenação

Operação Star

Reverso

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3

Ou seja, para linguagens regulares e :1L 2L

21 LL

21LL

1L

União

Concatenação

Operação Star

Reverso RL1

LinguagensRegulares

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4

Vamos provar

Linguagens Regulares são fechadas sob:

Complemento

Interseção

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5

Ou seja, para linguagens regulares e :1L 2L

1L

21 LL

Complemento

Interseção

LinguagensRegulares

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Complemento

Teorema:Para qq linguagem regularo complemento é regular L

L

Prova: Tome um DFA que aceita e faça• os estados não finais finais• os estados finais não finais

O DFA resultante aceita

L

L

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Exemplo:a

b ba,

ba,

0q 1q 2q

)*( baLL

a

b ba,

ba,

0q 1q 2q

)*))((**( bababaaLL

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Interseção

Teorema:Para linguagens regulares e a interseção é regular 21 LL

1L 2L

Prova: Use a Lei de DeMorgan:

2121 LLLL

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21 , LL regular

21 , LL regular

21 LL regular

21 LL regular

21 LL regular

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Representações Padrão de

Linguagens Regulares

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Representações Padrão de Linguagens Regulares

Linguagens Regulares

DFAs

NFAsExpressõesRegulares

GramáticasRegulares

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Quando dizemos:Dada uma Linguagem Regular

Queremos dizer:

L

Linguagem em umarepresentação padrão

L

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Questões Elementares

sobre

Linguagens Regulares

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Questão da Pertinência

Questão:Dada uma linguagem regulare um string como determinar se ?

Lw

Resposta: Tome um DFA que aceitae verifique se é aceito ou não

Lw

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DFA

Lw

DFA

Lw

w

w

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Dada uma linguagem regular como podemos determinarse é vazia: ?

L

L )( L

Questão:

Tome um DFA que aceita

Verifique se existe um caminhodo estado inicial até o estado final

LResposta:

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DFA

L

DFA

L

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Dada um linguagem regularcomo podemos determinarse é finita?

L

L

Questão:

Tome um DFA que aceita

Verifique se existe um caminho doestado inicial para um estado final que possua um ciclo

LResposta:

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DFA

L é infinita

DFA

L é finita

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Dadas linguagens regulares e como determinar se ?

1L 2L

21 LL Questão:

)()( 2121 LLLL

Determine seResposta:

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21

)()( 2121 LLLL

21 LL 21 LL e

21 LL

1L 2L 1L2L

21 LL 12 LL 2L 1L

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)()( 2121 LLLL

21 LL 21 LLou

1L 2L 1L2L

21 LL 12 LL

21 LL

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Linguagens Não Regulares

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Linguagens Regulares

ba* acb *

...etc

*)( bacb

Linguagens Não Regulares

}0:{ nba nn

}*},{:{ bawwwR

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Como podemos provar que uma linguagemnão é regular?

L

Provar que não existe um DFA que aceite L

Problema: isso não é fácil de provar

Solução: Lema do Bombeamento !!!

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DFA com estados 4

1q 2q 3qa

b

4q

b

b b

b

a a

Antes de formular o Lema do Bombeamento,vamos introduzir sua idéia básica por meiode um exemplo

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1q 2q 3qa

b

4q

b

b

b

a a

a

Nos caminhos dos strings:

aab

aa

anenhum estadoé repetido

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Nos caminhos dos strings:

1q 2q 3qa

b

4q

b

b

b

a a

a

...abbbabbabb

abbabb

bbaa

aabbalgum estadoé repetido

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Se o caminho de um string

tem comprimento

1q 2q 3qa

b

4q

b

b

b

a a

a

w4|| w

então algum estado é repetido

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Se em um caminho de um string no. de transições estados do DFAentão algum estado é repetido

1q 2q 3qa

b

4q

b

b

b

a a

a

w

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Em geral:

String tem comprimento no. de estados w

Um estado deve ser repetido no caminho dewq

q...... ......

caminho de w

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Lema do Bombeamento

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Seja uma linguagem regular infinitaL

DFA que aceita L

mestados

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Tome um string tal que w Lw

Existe um caminho com rótulo :w

.........

caminho w

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Se o string tem comprimentow mw ||

número de estados

então algum estado é repetido no caminhoq w

q...... ......

caminhow

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Escreva zyxw

q...... ......

x

y

z

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q...... ......

x

y

z

Observações: myx || númerode estados

1|| y

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O string é aceito zxObservação:

q...... ......

x

y

z

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O string é aceito

zyyxObservação:

q...... ......

x

y

z

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47

O string é aceito

zyyyxObservação:

q...... ......

x

y

z

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O string é aceito

zyx iEm Geral:

...,2,1,0i

q...... ......

x

y

z

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Em outras palavras, nós descrevemos:

O Lema do Bombeamento !!!

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O Lema do Bombeamento:

• Dada uma linguagem regular infinitaL

• existe um inteiro m

• para todo string comLw mw ||

• podemos escrever zyxw

• com emyx || 1|| y

• tal que: Lzyx i ...,2,1,0i

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Aplicações

do

Lema do Bombeamento

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Teorema: A linguagem }0:{ nbaL nn

não é regular

Prova: Use o Lema do Bombeamento

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Suponha, por contradição,que é uma linguagem regularL

Como é infinitapodemos aplicar o Lema do Bombeamento

L

}0:{ nbaL nn

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Seja o inteiro do Lema do Bombeamento

Tome um string tal que: w Lw

mw ||comprimento

Exemplo:mmbawtome

m

}0:{ nbaL nn

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Escreva: zyxba mm

deve ser verdade que

Pelo Lema do Bombeamento 1||,|| ymyx

Portanto: babaaaaba mm ............

1, kay kx y z

m m

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Do Lema do Bombeamento: Lzyx i

...,2,1,0i

Portanto:

mmbazyx

Lbazyyxzyx mkm 2

Lzyx 2

Temos: 1, kay k

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Lba mkm Portanto:

}0:{ nbaL nnMAS:

Lba mkm

CONTRADIÇÃO!!!

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Nossa hipótese de queé uma linguagem regular não é verdadeira!

L

Conclusão: Lnão é uma linguagem regular

Portanto:

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Linguagens Regularesba* acb *

...etc

*)( bacb

Linguagens Não Regulares }0:{ nba nn