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Exploring Context-Free Grammars and Turing Machines in Computability Theory

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12 diapositives · 297 Views · Nov 06, 2014

This text delves into the concepts of context-free grammars (CFGs) and Turing machines, focusing on the language {anbncn | n ≥ 0}. We discuss the Pumping Lemma for context-free languages, the Chomsky hierarchy, and prove whether specific languages are context-free. Moreover, we introduce Turing machines, their structure (7-tuple description), and illustrate configurations and the process of recognizing languages. This foundational framework is essential for understanding formal languages and automata theory in computer science.

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Transcription de la présentation
  1. Turing machines Sipser 2.3 and 3.1 (pages 123-144)

  2. A Context-free Grammar for {anbncn| n ≥ 0}? • Theorem 2.34 (Pumping lemma for CFLs): If A is a CFL, then there is a number p where, if s is any string in A of length ≥ p, then s = uvxyzsuch that: • For each i ≥ 0, uvixyiz ∈ A, • |vy| > 0, and • |vxy| ≤ p

  3. Proof idea • Surgery on parse trees

  4. So… • Is {anbncn| n ≥ 0} a CFL?

  5. Chomsky hierarchy anbncn Context-free languages Regular languages 0n1n

  6. Introducing… Turing machines Infinite tape a b a b ⨆ ⨆ ⨆ Bi-directional read/write head Finite control

  7. Formally… • A Turing machine is a 7-tuple (Q, Σ, Γ, δ, q0, qaccept, qreject), where • Q is a finite set called the states • Σis a finite set not containing the blank symbol ⨆ called the input alphabet • Γ is a finite set called the tape alphabet with ⨆∈Γand Σ⊆Γ • δ:Q ×Γ→ Q ×Γ ×{L,R} • q0∈Q is the start state • qaccept∈Q is the accept state • qaccept∈Qis the reject state

  8. Recognizing {anbncn| n ≥ 0} Infinite tape a a b b c c ⨆ ⨆ ⨆ Finite control

  9. Configurations • A configurationis • Current state • Current tape contents • Current head location • uqvmeans • Current state is q • Current tape contents isuv • Current head points at first symbol of v • Example • âaq1bbcc • In state q1 • Tape contents are âabbcc • Tape head is on first b

  10. Yields • A configuration C1 yields configuration C2 if the Turing machine can legally go from C1 to C2 in a single step • yields • Written ⊢

  11. Turing-recognizable languages • A Turing machine accepts input w if a sequence of configurations C1,C2,...,Ck exists where • C1 is the start configuration of M on input w • Each Ci yields Ci+1 • Ck is an accepting configuration • Defn 3.5: A language is Turing-recognizable if it is accepted by some Turing machine.

  12. Recognizing .