Automata and Grammars

Vztahy:

Zápočet z předmětu BIE-AAG.21 v některém z předchozích semestrů je podmínkou pro zapsání předmětu BIE-PJP.21

Předmět je ekvivalentní s BI-AAG,BI-AAG.1,BI-AAG.21,BIE-AAG,BIE-AAG.1,BIK-AAG,BIK-AAG.1,BIK-AAG.21 .

Garant předmětu:

Jan Holub

Přednášející:

Jan Holub

Cvičící:

Tomáš Pecka, Štěpán Plachý, Ondřej Štorc

Předmět zajišťuje:

katedra teoretické informatiky

Anotace:

Students are introduced to basic theoretical and implementation principles of the following topics: construction, use and mutual transformations of finite automata, regular expressions and regular grammars, translation finite automata, construction and use of pushdown automata, hierarchy of formal languages, relationships between formal languages and automata. Knowledge acquired through the module is applicable in designs of algorithms for searching in text, data compression, simple parsing and translation, and design of digital circuits.

Požadavky:

Knowledge of basic data structures and computer programming.

Osnova přednášek:

1. Motivation to study formal languages. Basic notions (language, alphabet, grammar, automaton), Chomsky hierarchy.

2. Nondeterministic and deterministic finite automata (NFA, DFA), NFA with epsilon transitions.

3. Operations on automata (transformation to NFA without epsilon transitions, to DFA, minimization), intersection, union.

4. Programming implementations of DFA and NFA, circuit implementations.

5. Adding translation, Mealey, Moore, conversions.

6. Operations on regular grammars, conversions to FA.

7. Regular expressions, regular expression conversions, finite automata and regular grammars, Kleene theorem.

8. Principles of use of regular expressions in UNIX (grep, egrep, perl, PHP, ...).

9. Finite automaton as a lexical analyzer, lex/flex generators.

10. Properties of regular languages (pumping lemma, Nerode theorem).

11. Context-free languages, pushdown automaton.

12. Parsing of context-free languages (nondeterministic versus deterministic).

13. Context-sensitive and recursively enumerable languages, Turing machine. Classes P, NP, NPC, NPH

Osnova cvičení:

1. Implementation of FA.

2. Examples of formal languages. Intuitive considerations of grammars for given languages. Estimation of the classification of a given language in Chomsky hierarchy.

3. Intuitive creation of finite automata (DFA, NFA, with epsilon transitions) for a given langauage.

4. Transformations and compositions of FA.

5. FA with output function and its implementation.

6. Conversions of grammars to FA and vice versa.

7. Considerations, modifications and transformations of regular expressions.

8. Use of regular expressions for text processing tasks (e.g. sh, grep, sed, perl).

9. Creation and implementation of lexical analyzers.

10. Classification of languages.

11. Examples of context-free languages, creation of pushdown automata.

12. Examples of deterministic parsing of context-free languages (e.g. LL, yacc, bison).

13. Examples of context-sensitive and recursively enumerable languages, creation of grammars, creation of Turing machines.

Cíle studia:

The module introduces students to finite automata, regular expressions, grammars, and translation finite automata, with an emphasis on their practical use. Furthermore, the module introduces students to the class of context-free languages, basic use of pushdown automata, as well as the classification of languages.

Studijní materiály:

1. Sipser M. : Introduction to the Theory of Computation. Cengage Learning Custom Publishing, 2020. ISBN 978-0357670583.

2. Hopcroft J.E., Motwani R., Ullman J. D. : Introduction to Automata Theory, Languages, and Computation, 3rd Edition. Pearson, 2008. ISBN 978-8131720479.

3. Kozen D. C. : Automata and Computability. Springer, 1997. ISBN 978-0387949079.

Poznámka:

Information about the course and courseware are available at https://courses.fit.cvut.cz/BIE-AAG/

Další informace:

https://courses.fit.cvut.cz/BIE-AAG/

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po	místnost TH:A-s135 Holub J. 12:45–14:15 (přednášková par. 1) Thákurova 7 (budova FSv) As135místnost T9:346 Plachý Š. 16:15–17:45 (přednášková par. 1 paralelka 101) Dejvice NBFIT učebna
Út
St	místnost TH:A-1242 Plachý Š. 11:00–12:30 (přednášková par. 1 paralelka 102) Thákurova 7 (budova FSv)
Čt
Pá	místnost TH:A-1247 Plachý Š. 12:45–14:15 (přednášková par. 1 paralelka 103) Thákurova 7 (budova FSv) seminární místnost

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bachelor Specialization Computer Engineering, 2021 (povinný předmět programu)
• Bachelor Specialization, Information Security, 2021 (povinný předmět programu)
• Bachelor Specialization, Software Engineering, 2021 (povinný předmět programu)
• Bachelor Specialization, Computer Science, 2021 (povinný předmět programu)
• Bachelor Specialization, Computer Networks and Internet, 2021 (povinný předmět programu)
• Bachelor Specialization Computer Systems and Virtualization, 2021 (povinný předmět programu)
• Bachelor Specialization, Computer Engineering, Version 2024 (povinný předmět programu)