TENTAMEN Basismodellen in de Informatica VOORBEELDUITWERKING

Vergelijkbare documenten
Talen & Automaten. Wim Hesselink Piter Dykstra Opleidingsinstituut Informatica en Cognitie 9 mei 2008

De klasse van recursief opsombare talen is gesloten onder en. Dit bewijzen we met behulp van een recursieve opsomming

Inhoud eindtoets. Eindtoets. Introductie 2. Opgaven 3. Terugkoppeling 6

c, X/X a, c/λ a, X/aX b, X/X

IN2505 II Berekenbaarheidstheorie Tentamen Maandag 2 juli 2007, uur

Automaten. Informatica, UvA. Yde Venema

Beslisbare talen (1) IN2505-II Berekenbaarheidstheorie. Beslisbare talen (2) Beslisbare talen (3) De talen: College 7

Automaten & Complexiteit (X )

Tentamen TI2310 Automaten en Talen. 19 april 2012, uur

Automaten & Complexiteit (X )

Logische Complexiteit Hoorcollege 4

Automaten en Berekenbaarheid 2016 Oplossingen #4

Berekenbaarheid 2013 Uitwerkingen Tentamen 23 januari 2014

Formeel Denken 2014 Uitwerkingen Tentamen

opgaven formele structuren tellen Opgave 1. Zij A een oneindige verzameling en B een eindige. Dat wil zeggen (zie pagina 6 van het dictaat): 2 a 2.

Berekenbaarheid 2015 Uitwerkingen Tentamen 5 november 2015

Uitwerking Opgaven Formele talen, grammaticas en automaten Week 1

opgaven formele structuren deterministische eindige automaten

Tentamen in2505-ii Berekenbaarheidstheorie

Paradox van zelfreproductie. IN2505-II Berekenbaarheidstheorie. Zelfreproductie? Programma s en zelfreproductie. College 11.

Formeel Denken. Herfst 2004

Berekenbaarheid 2016 Uitwerkingen Tentamen 26 januari 2017

Vorig college. IN2505-II Berekenbaarheidstheorie. Voorbeeld NDTM. Aanbevolen opgaven. College 3

Opgaven 1. Verwijzingen in deze opgaven betreffen het boek van Peter Linz.

Gödels theorem An Incomplete Guide to Its Use and Abuse, Hoofdstuk 3

Formeel Denken 2013 Uitwerkingen Tentamen

Verzamelingen deel 2. Tweede college

Basiskennis lineaire algebra

Logische Complexiteit

Combinatoriek groep 1

IN2505 II Berekenbaarheidstheorie. IN2505-II Berekenbaarheidstheorie. Practicum: Inschrijven. Practicum

Uitwerkingen tentamen lineaire algebra 2 13 januari 2017, 10:00 13:00

Vorig college. IN2505-II Berekenbaarheidstheorie. Turingmachines. Turingmachine en Taal. College 2

Automaten en Berekenbaarheid

3 De stelling van Kleene

Finite automata. Introductie 35. Leerkern 36. Zelftoets 44. Terugkoppeling 45

Limits of algorithmic computation. Introductie 213. Leerkern 214. Zelftoets 222. Terugkoppeling 223

Tweede huiswerkopdracht Lineaire algebra 1 Uitwerking en opmerkingen

Module Limieten van de berekenbaarheid : antwoorden

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Tentamen Lineaire Algebra voor ST (2DS06) op , uur.

Z.O.Z. Radboud Universiteit Nijmegen Tentamen Analyse 1 WP001B 16 juni 2016, 12:30 15:30 (16:30)

Automaten en Berekenbaarheid

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

UITWERKINGEN d. Eliminatie van a geeft d. Eliminatie van b,

Eerste deeltentamen Lineaire Algebra A

Kies voor i een willekeurige index tussen 1 en r. Neem het inproduct van v i met de relatie. We krijgen

(b) Formuleer het verband tussen f en U(P, f), en tussen f en L(P, f). Bewijs de eerste. (c) Geef de definitie van Riemann integreerbaarheid van f.

Radboud Universiteit Nijmegen Tentamen Analyse 1 WP001B 26 augustus 2010, , Examenzaal

Lindenmayer-systemen en turingmachines

UITWERKINGEN 1 2 C : 2 =

1. (a) Formuleer het Cauchy criterium voor de convergentie van een reeks

Elfde college complexiteit. 23 april NP-volledigheid III

Kwantitatieve Economie / Faculteit Economie en Bedrijfskunde / Universiteit van Amsterdam. Schrijf je naam en studentnummer op alles dat je inlevert.

Vrije Universiteit Faculteit der Economische Wetenschappen en Bedrijfskunde Afdeling Econometrie

Mededelingen. TI1300: Redeneren en Logica. Waarheidstafels. Waarheidsfunctionele Connectieven

Reguliere Expressies

PROEFEXAMEN LINEAIRE ALGEBRA donderdag 17 november 2011

I.3 Functies. I.3.2 Voorbeeld. De afbeeldingen f: R R, x x 2 en g: R R, x x 2 zijn dus gelijk, ook al zijn ze gegeven door verschillende formules.

Combinatoriek groep 2

Je hebt twee uur de tijd voor het oplossen van de vraagstukken. µkw uitwerkingen. 12 juni 2015

8C080 deel BioModeling en bioinformatica

Formele talen. Elfde college

FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE Afdeling Kwantitatieve Economie

Begrenzing van het aantal iteraties in het max-flow algoritme

Opdracht 1 Topics on Parsing and Formal Languages - fall 2010

Het omzetten van reguliere expressies naar eindige automaten, zie de vakken Fundamentele Informatica 1 en 2.

Uitgebreide uitwerking Tentamen Complexiteit, juni 2017

V.2 Limieten van functies

Wiskundige beweringen en hun bewijzen

start -> id (k (f c s) (g s c)) -> k (f c s) (g s c) -> f c s -> s c

IMO-selectietoets III zaterdag 4 juni 2016

Universiteit Utrecht Faculteit Wiskunde en Informatica. Examen Optimalisering op maandag 18 april 2005, uur.

Combinatoriek groep 1 & 2: Recursie

FLIPIT 5. (a i,j + a j,i )d i d j = d j + 0 = e d. i<j

Opdracht 1 Topics on Parsing and Formal Languages - fall 2010

Automaten & Complexiteit (X )

Tentamen lineaire algebra voor BWI maandag 15 december 2008, uur.

TENTAMEN LINEAIRE ALGEBRA 1 donderdag 23 december 2004,

Deeltentamen Grammatica s en ontleden 22 december 2005

Het minimale aantal sleutels op niveau h is derhalve

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Technische Universiteit Delft. ANTWOORDEN van Tentamen Gewone differentiaalvergelijkingen, TW2030 Vrijdag 30 januari 2015,

n=0 en ( f(y n ) ) ) n=0 equivalente rijen zijn.

Tentamen Lineaire Algebra

Geef niet alleen antwoorden, maar bewijs al je beweringen.

Getaltheorie I. c = c 1 = 1 c (1)

Determinanten. , dan is det A =

l e x e voor alle e E

Tentamen Discrete Wiskunde

Fundamentele Informatica

Cabri-werkblad. Driehoeken, rechthoeken en vierkanten. 1. Eerst twee macro's

Lineaire Algebra voor ST

Geadjungeerde en normaliteit

Examenvragen Hogere Wiskunde I

Supplement Verzamelingenleer. A.J.M. van Engelen en K. P. Hart

Fundamenten van de Informatica

Uitwerkingen huiswerk week 6

Getallensystemen, verzamelingen en relaties

Automaten en Berekenbaarheid

l e x e voor alle e E

Transcriptie:

TENTAMEN Basismodellen in de Informatica vakcode: 211180 datum: 2 juli 2009 tijd: 9:00 12:30 uur VOORBEELDUITWERKING Algemeen Bij dit tentamen mag gebruik worden gemaakt van het boek van Sudkamp, van de handleiding van Basismodellen in de Informatica, en van de handouts van de colleges. Dit tentamen bestaat uit 6 opgaven, waarvoor in het totaal 95 punten behaald kunnen worden. Het minimale aantal punten per opgave bedraagt 0. Het cijfer is het aantal punten gedeeld door 10, afgerond tot een geheel getal, plus 1. (Er kunnen dus 5 bonuspunten worden verdiend.) Opgave 1 (20 punten) Beschouw de volgende NFA-λ, M, die de pakkans van Jim de Burglar in kaart brengt: q 0 sell q 4 λ q 1 q 2 q 3 caught sell a. Beschrijf de input transitie-functie van M in tabelvorm. b. Transformeer M naar een equivalente DFA, gebruikmakend van de subset-constructie. Antwoord op Opgave 1 a. (8 punten) λ closure sell caught q 0 {q 0 } {q 1, q 3, q 4 } q 1 {q 1 } {q 2 } q 2 {q 2 } {q 0 } q 3 {q 3 } {q 2 } q 4 {q 3, q 4 } {q 0, q 2 } b. (12 punten) q 0 q 2 caught q 02 sell q 134

2 Tentamen Basismodellen in de Informatica 2 juli 2009 (UITWERKING) or complete:,sell,caught q 0 q 2 sell,,caught caught,sell,,caught sell,caught q 02 q 134 sell, Opgave 2 (20 punten) Beschouw de volgende twee talen: L 1 := {a 2m b 3m m > 0} L 2 := {w {a, b} 3 # a (w) = 2 # b (w)} waarbij # a (w) het aantal voorkomens van a in w betekent. a. Bewijs met behulp van de pompstelling dat L 1 niet regulier is. b. Laat zien dat dan ook L 2 niet regulier is. Gebruik de geslotenheidseigenschappen voor reguliere talen. c. Is L 1 contextvrij? Toon uw antwoord aan. d. Geef een Turingmachine die L 2 beslist. Antwoord op Opgave 2 a. (5 punten) L 1 = {a 2m b 3m 0 i j}. Stel L 1 is regulier. Laat k > 0 gegeven, kies z = a 2k b 3k, dan z = 5k > k, en z L 1. Stel z = uvw met uv k en v 1. Laat z = uv 2 w. Volgens de pompstelling geldt dan z L 1. Echter, u = a p, v = a q en w = a 2k p q b 3k voor zekere p, q, met q > 0. dus z = uv 2 w = a 2k+q b 3k. Omdat q > 0, geldt z L 1. Tegenspraak. Dus L 1 is niet regulier. b. (5 punten) Stel L 2 is regulier. Merk op dat L 1 = L 2 a + b +. Reguliere talen zijn gesloten onder doorsnede, dus L 1 is dan regulier. Tegenspraak. Dus L 2 is niet regulier. N.B.: hierboven a b gebruiken is niet (helemaal) goed. c. (5 punten) Ja, want er is een contextvrije grammatica: S aabbb aasbbb d. (5 punten)

Tentamen Basismodellen in de Informatica 2 juli 2009 (UITWERKING) 3 Opgave 3 (15 punten) Definieer: v is een deelwoord van w als je v verkrijgt door letters uit w te schrappen. De taal van alle deelwoorden van L kan als volgt worden gedefinieerd: DW (L) = {a 1 a n w 0 a 1 w 1 w n 1 a n w n L} Bewijs nu de volgende stelling: Als L een reguliere taal is, dan is ook DW (L) regulier. Antwoord op Opgave 3 N.B.: in het oorspronkelijke tentamen zat er een spelfout in de definitie; deze was namelijk: DW (L) = {a 1 a n w 0 a 1 w 1 w n 1 a n w n L} Als L regulier is dan is er een NFA-λ, zeg M, zodat L(M) = L. Laat M een NFA-λ zijn, die voor elke pijl (s, a, t) in M een pijl (s, λ, t) toevoegt. De berekeningen van M zijn dan precies de berekenigen van M, waarbij sommige letters door λ zijn vervangen. Dus L(M ) = DW (L). Opgave 4 (15 punten) Gegeven is de volgende contextvrije grammatica G: S ASB BA B bbb λ a. Transformeer G stapsgewijs naar Chomsky normaalvorm. b. Gebruik het CYK algoritme om het woord w = aabb te ontleden. c. Laat zien hoe de ontleedboom van w uit de matrix is af te leiden. Antwoord op Opgave 4 a. (7 punten) Verwijderen startrecursie: voer een nieuw startsymbool S in S S S ASB BA B bbb λ Na verwijderen λ-regels: S ASB BA AS A S ASB BA AS A B bbb bb Na verwijderen ketting-regels: S ASB BA AS aaa a S ASB BA AS aaa a B bbb bb

4 Tentamen Basismodellen in de Informatica 2 juli 2009 (UITWERKING) Fatsoeneren volgens het vaste stramien (links) of door de twee a s en de twee b s te combineren (rechts): S AX BA AS A Y a S AX BA AS A Y a A A Y a B B Z B B X SB Y A A Z B B A a B b S AX BA AS A A a S AX BA AS A A a A A A a B B B B B X SB A A A B B B A a B b b. (5 punten) Volgens de twee grammatica s hierboven: 1 2 3 4 1 S, S, A, A S, S, Y S, S, X 2 S, S, A, A X 3 B B 4 B 1 2 3 4 1 S, S, A, A S, S, A S, S, X 2 S, S, A, A X 3 B B, B 4 B c. (3 punten) De afleidingsbomen is voor beide grammatica s identiek: S A X a S B a B B b b Opgave 5 (15 punten) Beschouw de volgende onbeperkte grammatica G: a. Geef een afleiding van baba S ASB λ AB ba Ba Ab ba Aa aa a b. Leg uit waarom # a (w) = # b (w) voor alle w L(G) c. Welke taal genereert deze grammatica? Beredeneer je antwoord zo goed mogelijk. d. Geef een equivalente contextvrije grammatica in Greibach normaalvorm, met zo weinig mogelijk veriabelen.

Tentamen Basismodellen in de Informatica 2 juli 2009 (UITWERKING) 5 Antwoord op Opgave 5 a. (2 punten) S ASB AASBB AABB AbaB baab baab baba b. (5 punten) Dit is als volgt in te zien: De regel voor S genereert de taal {A i B i i 0} Om een B kwijt te raken moet de regel AB ba worden toegepast. Woorden met minder A s dan B s kunnen daarom nooit termineren. (De regels AB Ba en Aa a kunnen dus niet worden toegepast in een terminerende afleiding.) Hieruit volgt dat # A (w) + # a (w) = # B (w) + # b (w) voor alle zinsvormen w {A, B, a, b} met w L(G). (Formeel kan dit worden bewezen met inductie over de lengte van de afleiding A i B i w.) c. (4 punten) De taal is (ba) (een reguliere taal). Dit komt doordat a s en b s bevroren worden in de positie waarin ze ontstaan. d. (4 punten) De voor de hand liggende reguliere grammatica is in Greibach normaalvorm. Een alternatief is rechts gegeven. Kleiner kan niet, aangezien S niet rechts mag voorkomen, en regels zoals T bat niet toegestaan zijn. S ba λ A ab a B ba S bat ba λ T bat ba A a Opgave 6 (15 punten) Zij R een injectieve functie die een willekeurige Turingmachine M omzet in een string-codering hiervan; d.w.z., R(M) Σ voor een gegeven alfabet Σ, en M 1 M 2 impliceert R(M 1 ) R(M 2 ). Zij L 1 = {R(M) M is een willekeurige Turingmachine} L 2 = {R(M)w M is een Turingmachine die stopt voor invoer w} Beantwoord de volgende vragen, door te beredeneren hoe zo n grammatica er uit zou zien of waarom zo n grammatica niet kan bestaan. Kies eventueel zelf een geschikte codering R (die aan bovenstaande voorwaarden voldoet) zodat het antwoord eenvoudiger wordt. a. Bestaat er een contextgevoelige grammatica die de taal L 1 genereert? b. Bestaat er een contextgevoelige grammatica die de taal L 2 genereert? c. Bestaat er een onbeperkte grammatica die de taal L 1 genereert? d. Bestaat er een onbeperkte grammatica die de taal L 2 genereert? Antwoord op Opgave 6 a. Bestaat er een contextgevoelige grammatica die de taal L 1 genereert? (4 punten) Ja, zo n grammatica bestaat. R kan bij voorbeeld eerst de toestanden op een rij zetten, dan de overgangen tussen deze toestanden, en tenslotte de eindtoestanden. Het is niet moeilijk een lineair begrensde Turingmachine te bouwen die nagaat of een gegeven string aan dit formaat voldoet. Dit impliceert dat er ook een contextgevoelige grammatica bestaat die de taal genereert. b. Bestaat er een contextgevoelige grammatica die de taal L 2 genereert? (4 punten) Nee, zo n grammatica bestaat niet. Als hij zou bestaan, zou de taal recursief zijn (want dan bestaat er ook een linear begrensde Turingmachine die de taal beslist); dat druist in tegen de onbeslisbaarheid van het halting-probleem. (Zie Corollary 12.1.2 in het boek.)

6 Tentamen Basismodellen in de Informatica 2 juli 2009 (UITWERKING) c. Bestaat er een onbeperkte grammatica die de taal L 1 genereert? (3 punten) Ja, zo n grammatica bestaat, want er bestaat al een contextgevoelige grammatica (en dat is volgens de Chomsky-hiërarchie een kleinere klasse dan de onbeperkte grammatica s). d. Bestaat er een onbeperkte grammatica die de taal L 2 genereert? (4 punten) Ja, zo n grammatica bestaat, want er bestaat een universele Turingmachine die deze taal herkent, en onbeperkte grammatica s zijn (volgens de Chomsky-hiërarchi) even krachtig als Turingmachines.