Научная статья на тему 'Алгебры языков, ассоциированные с отмеченными графами'

Алгебры языков, ассоциированные с отмеченными графами Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
127
37
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Пряничникова Елена Алексеевна

In this work, we introduce a family of algebras that may serve as an effective tool for characterization of languages, that can be represented by labelled graphs, and study its properties. It is proved that the language is represented by a regular expression in considered algebras if and only if this language is associated with the labelled graph. This result is an analog of well-known Kleene's theorem for finite automata.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Algebras of languages associated with labelled graphs

In this work, we introduce a family of algebras that may serve as an effective tool for characterization of languages, that can be represented by labelled graphs, and study its properties. It is proved that the language is represented by a regular expression in considered algebras if and only if this language is associated with the labelled graph. This result is an analog of well-known Kleene's theorem for finite automata.

Текст научной работы на тему «Алгебры языков, ассоциированные с отмеченными графами»

ЛИТЕРАТУРА

1. Fon-Der-Flaass D. G. Perfect 2-colorings of a hypercube // Siber. Math. J. 2007. V. 48. No. 4. P. 740-745.

2. Фон-Дер-Флаасс Д. Г. Совершенные 2-раскраски 12-мерного куба, достигающие границы корреляционной иммунности // Сибирские электронные математические известия. 2007. Т. 4. C. 292-295.

3. Fon-Der-Flaass D. G. A bound of correlation immunity // Siber. Electron. Math. Rep. 2007. V.4. P. 133-135.

4. Таранников Ю. В. О корреляционно-иммунных и устойчивых булевых функциях // Математические вопросы кибернетики. Вып. 11. М.: Физматлит, 2002. С. 91-148.

5. Ostergard P. R. J., Pottonen O., and Phelps K. T. The perfect binary one-error-correcting codes of length 15: Part IPProperties // IEEE Trans. Inform. Theory. 2010. V. 56. P. 2571-2582.

6. Friedman J. On the bit extraction problem // Proc. 33rd IEEE Symposium on Foundations of Computer Science. 1992. P. 314-319.

7. Bierbrauer J. Bounds on orthogonal arrays and resilient functions // J. Combinat. Designs. 1995. V. 3. P. 179-183.

8. Потапов В. Н. О совершенных раскрасках булева n-куба и корреляционно-иммунных функциях малой плотности // Сибирские электронные математические известия. 2010.

В теории конечных автоматов одним из важнейших результатов является теорема Клини, в которой утверждается, что класс языков, распознаваемых конечными автоматами, совпадает с классом рациональных языков, представимых регулярными выражениями алгебры Клини [1].

В данной работе определяется понятие языка, допустимого в отмеченном графе, вводится система операций на формальных языках, которая, в частности, может использоваться в биологии, генетике, а также ДНК-вычислениях [2], и понятие регулярных выражений для этой системы операций.

Исследованы основные свойства семейства алгебр языков, допустимых в отмеченных графах; доказано, что язык допустим в отмеченном графе тогда и только тогда, когда он описывается регулярным выражением во введенной системе операций; разработаны методы анализа и синтеза языков, ассоциированных с отмеченными графами.

Пусть X — конечный алфавит; X* —множество всех слов конечной длины в алфавите X; X0 — множество всех слов длины п в алфавите X; X^п — множество всех слов конечной длины в алфавите X, длина которых больше или равна п.

Определим на множестве X * частичную бинарную операцию о склеивания двух слов с параметром п следующим образом: для всех ,гш2 € X*

Т. 7. С. 372-382.

УДК 519.6

АЛГЕБРЫ ЯЗЫКОВ, АССОЦИИРОВАННЫЕ С ОТМЕЧЕННЫМИ ГРАФАМИ

Е. А. Пряничникова

xyz, если w\ = xy, w2 = yz, y G Xn;

не определено в противном случае.

Введем на языках L, R С X* следующие операции:

1) L U R = {w : w Є L или w Є R};

2) L о R = |wi о w2 : wi G L и w2 G R};

n CO

3) L+ = У L* , где L1 = L; Li+1 = L* о L для всех i ^ 1.

i=1

n n n

Рассмотрим семейство алгебр (2х , о, U, +, 0). В случае, когда n = 0, операция о

совпадает с операцией конкатенации, а рассматриваемая алгебра является алгеброй регулярных языков.

Регулярные выражения в алгебре (2х , о, U, +, 0) определим следующим образом:

1) 0 является регулярным выражением и представляет язык L(0) = 0;

2) x является регулярным выражением и представляет язык L(x) = {x} для всех

x G U X*;

0^о+1

3) если R и Q — регулярные выражения, представляющие языки L(R) и L(Q) соот-

о n

ветственно, то выражения (RoQ), (R U Q), (R+) также являются регулярными,

о о n n

причем L(R О Q) = L(R) о L(Q), L(R U Q) = L(R) U L(Q), L(R+) = (L(R))+.

Графом с отмеченными дугами (вершинами) назовем четверку G = (Q, E, X, ^), где Q — конечное множество вершин; E С Q х Q — множество дуг; X — конечное множество отметок дуг; ^ : E ^ X (^ : Q ^ X) —функция отметок дуг (вершин). Отметкой пути будем называть последовательность отметок входящих в этот путь дуг (вершин).

Пусть I С Q — множество начальных вершин графа G с отмеченными дугами или с отмеченными вершинами, F С Q — множество финальных вершин. Отметки всех путей в графе G, начальные вершины которых принадлежат множеству I, а конечные — множеству F, назовем языком, допускаемым графом G, и обозначим L(G).

Теорема 1. Язык L С X* допустим в графе с отмеченными дугами (вершинами) тогда и только тогда, когда он описывается регулярным выражением любой алгебры

/ X * о о \

из семейства (2х , o, U, +, 0).

Эта теорема в некотором смысле аналогична широко известной теореме Клини для конечных автоматов. В случае, когда n = 0 и рассматриваются только графы с отмеченными дугами, теорема 1 совпадает с теоремой Клини. На основе доказательства теоремы разработаны методы анализа и синтеза языков, представимых в отмеченных графах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Капитонова Ю. В., Летичевский А. А. Математическая теория проектирования вычислительных систем. М.: Наука, 1988.

2. Anderson J. Automata Theory with Modern Applications. Cambridge: Cambridge University Press, 2006.

УДК 519.7

ГИПОТЕЗЫ О ЧИСЛЕ БЕНТ-ФУНКЦИЙ1

Н. Н. Токарева

Проблема определения числа всех бент-функций—булевых функций от четного числа переменных, максимально удаленных от множества аффинных функций, — яв-

1 Исследование выполнено при поддержке РФФИ (проекты №09-01-00528, 10-01-00424, 11-01-00997) и ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (гос. контракт №02.740.11.0429).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.