编译原理2
编译原理(2)词法_2(NFA、DFA的确定化和化简)
第 3 讲
主讲教师：赵建邦
本讲目标
第二章《词法分析》2.3-2.5节
2.3 2.4 2.5
正规表达式与有限自动机简介 正规表达式到优先自动机的构造 词法分析器的自动生成
重点掌握
有限自动机理论 有限自动机的构造、确定化和化简
第二章 词法分析
2.1 2.2
• DFA是一个五元组，Md＝ (S, ∑, f, s0 , Z) ，其中： (1) S是一个有限状态集合，它的每个元素称为一个状态 (2) ∑是一个有穷字母表，它的每个元素称为一个输入字符 (3) f是一个从S×∑至S的单值映射，也叫状态转移函数 (4) s0∈S 是唯一的初态 (5) Z S 是一个终态集
J中的每一个状态经过任意条 ε通路得到ε_CLOSURE(J) =
4
Ia= {5,6,2,3,8,4,7}
2.4
正规表达式到有限自动机的构造
2.4.2：NFA的确定化（子集法）
(1) 构造一张转换表，第一列记为状态子集I，对于不同的符号
(a∈Σ)，在表中单设一列Ia ； (2) 表的首行首列置为ε_CLOSURE(s0)，其中s0为初始状态； (3) 根据首行首列的I，为每个a求其Ia 并记入对应的Ia 列中， 如果此Ia 不同于第一列中已存在的所有状态子集I，则将其
si
r1 r2 r1 *
sj sj
si
si
sj
si
2.4
正规表达式到有限自动机的构造
例2.6 对给定正规表达式 b*(d|ad)(b|ab)+ 构造其NFA M [解答] 先用R+=RR*改造正规表达式 b*(d|ad)(b|ab)+ = b*(d|ad)(b|ab)(b|ab)* 按照正规式从左到右构造NFA： b X ε 1 ε 2 a 3
编译原理-2-形式语言与自动机-I
正则语言的定义和正则表达式
正则语言
正则语言是由正则表达式描述的形式语言。
正则表达式
正则表达式是一种字符串匹配模式，用于描述正则 语言的结构。
正则表达式与正则语正则语言的等价性
正则表达式是一种用于匹 配字符串的模式，它由各 种字符和操作符组合而成。
正则表达式和正则语言是 等价的，它们可以互相表 示和转换。
编译原理-2-形式语言与 自动机-I
在编译原理的学习中，了解形式语言与自动机是非常重要的第一步。本节将 讨论形式语言的定义和分类，以及自动机的定义和有限自动机的概念。
形式语言的定义和分类
形式语言
形式语言是一种用于表示计算机语言结构的抽象系统，通常由字符串构成。
形式语言的分类
形式语言可以分为三类：正则语言、上下文无关语言和上下文相关语言。
正则语言
正则语言是由正则表达式描述的语言，它们具有简单的结构和有限的规则。
自动机的定义和有限自动机
1
自动机定义
自动机是一种抽象的计算模型，它根据
有限自动机
2
输入的符号序列转移状态并产生输出。
有限自动机是一种最简单的自动机模型，
它包含有限个状态和输入符号。
3
状态转移
有限自动机通过在状态之间进行转移来 处理输入符号序列。
3 应用广泛
正则表达式在文本处理、 编译器和搜索引擎等领域 有着广泛的应用。
结论和要点
重要性
了解形式语言和自动 机是学习编译原理的 基础。
分类
形式语言分为正则语 言、上下文无关语言 和上下文相关语言。
等价性
正则表达式和正则语 言是等价的，可以互 相转换。
应用
正则表达式在多个领 域中有广泛的应用， 如文本处理和编译器 设计。
编译原理第二版课后习答案
编译原理第二版课后习答案编译原理是计算机科学领域中的一门重要学科，它主要研究程序的自动翻译技术，将高级语言编写的程序转换为机器能够执行的低级语言。
编译原理的基本概念和技术是计算机专业学生必须学会的知识之一，而编译原理第二版课后习题则是帮助学生更好地理解课程内容和提高编译器开发能力的重要资源。
本篇文章将对编译原理第二版课后习题进行分析和总结，并提供一些参考答案和解决问题的思路。
一、词法分析词法分析是编译器的第一步，它主要将输入的字符流转换为有意义的词法单元，例如关键字、标识符、常量和运算符等。
在词法分析过程中，我们需要编写一个词法分析程序来处理输入的字符流。
以下是几道词法分析相关的习题：1. 如何使用正则表达式来表示浮点数？答案：[+|-]?(\d+\.\d+|\d+\.|\.\d+)([e|E][+|-]?\d+)?这个正则表达式可以匹配所有的浮点数，包括正负小数、整数和指数形式的浮点数。
2. 什么是语素？举例说明。
答案：语素是构成单词的最小承载语义的单位，例如单词“man”，它由两个语素“ma”和“n”组成。
“ma”表示男性，“n”表示名词。
3. 采用有限状态自动机(Finite State Automata)实现词法分析的优点是什么？答案：采用有限状态自动机(Finite State Automata)实现词法分析的优点是运行速度快，消耗内存小，易于编写和调试，具有可读性。
二、语法分析语法分析是编译器的第二步，它主要检查词法分析生成的词法单元是否符合语法规则。
在语法分析过程中，我们需要编写一个语法分析器来处理词法单元序列。
以下是几道语法分析相关的习题：1. 什么是上下文无关文法？答案：上下文无关文法(Context-Free Grammar, CFG)是一种形式语言，它的语法规则不依赖于上下文，只考虑规则左边的非终结符号。
EBNF是一种常见的上下文无关文法。
2. LR分析表有什么作用？答案：LR分析表是一种自动机，它的作用是给定一个输入符号串，判断其是否符合某个文法规则，并生成语法树。
编译原理2.2 自动机理论
A＝(aA|dA)|(a|d)
A＝a|d
将它化为正规文法 变成A→
A＝(a|d)A|(a|d)
A＝(a|d)*(a|d)
(a|d)A|(a|d)
再根据上述 规则2转换 x＝y＝ (a|d)
19
将A代入S＝aA|a得到如下： S＝a( (a|d)*(a|d)) |a =a(a|d)+|a
=a((a|d)+|)= a(a|d)+
含义：当前状态为 Ki，输入字符a， 转换为Kj状态
DFA映射的唯一性和初态的唯一性
22
DFA等价表示法：
DFA形式定义=状态转换图=状态矩阵
1、单词的构成规则用状态转换图表示
方法如下： 初始态用 “－”或“”表示；
终态点用 “＋” 或“” 表示；
若f(Ki ，a)= Kj ，则从状态点Ki 到Kj画弧，标
“” 都是左结合的
9
讨论下面两个例子 例1 令={l，d}，则上的正规式 r=l(ld)定义 的正规集为: {l,ll,ld,ldd,„„},其中l 代表字母,d代表数字,正规式 即是 字母 (字母|数字) ,它表示的正规集中的每个 元素的模式是“字母打头的字母数字串”, 就是Pascal和多数程序设计语言允许的标 识符的词法规则.
对于Σ*中的任何字符串t，若存在一条初态到 某一终态的路，且这条路上所有弧的标记符连接成 的字符串等于t，则称t可为DFA M所接受。 若M的初态同时又是终态，则空字可为M所接 受。
33
4、接受（识别）的理解：
① 设QK，函数f(Q,)=Q，则输入字符串是 空串，并停留在原状态上。
② 输入字符串t（t表示成Tt1形式，TΣ，t1 Σ*），在DFA M上运行的定义为：f（Q，Tt1） =f(f(Q,T),t1)，其中QK。
编译原理第二章 文法和语言资料
第二章文法和语言本章讲述目前广泛使用的上下文无关文法。
即用上下文无关文法作为程序设计语言语法的描述工具。
阐明语法的一个工具是文法。
本章将介绍文法和语言的概念。
本章重点：上下文无关文法及其句型分析中的有关问题。
第一节文法的直观概念当我们表述一种语言时，无非是说明这种语言的句子，如果语言只含有有穷多个句子，则只需列出句子的有穷集就行了，但对于有无穷句子的语言来讲，存在着如何给出它的有穷表示的问题。
以自然语言为例，人们无法列出全部句子，但是人们可以给出一些规则，用这些规则来说明（或者定义）句子的组成结构，比如：“我是大学生”。
是汉语的一个句子。
汉语句子可以是由主语后随谓语而成，构成谓语的是动词和直接宾语，我们采用EBNF来表示这种句子的构成规则：〈句子〉∷＝〈主语〉〈谓语〉〈主语〉∷＝〈代词〉|〈名词〉〈代词〉∷＝我|你|他〈名词〉∷＝王明|大学生|工人|英语〈谓语〉∷＝〈动词〉〈直接宾语〉〈动词〉∷＝是|学习〈直接宾语〉∷＝〈代词〉|〈名词〉“我是大学生”的构成符合上述规则，而“我大学生是”不符合上述规则，我们说它不是句子。
这些规则成为我们判别句子结构合法与否的依据。
一旦有了一组规则以后，我们可以按照如下方式用它们去推导或产生句子。
我们开始去找∷＝左端的带有〈句子〉的规则并把它表示成∷＝右端的符号串，这个动作表示成：〈句子〉⇒〈主语〉〈谓语〉，然后在得到的串〈主语〉〈谓语〉中，选取〈主语〉或〈谓语〉，再用相应的规则∷＝右端代替之。
比如，选取了〈主语〉,并采用规则〈主语〉∷＝〈代词〉，那么得到：〈主语〉〈谓语〉⇒〈代词〉〈谓语〉，重复做下去，我们得到句子：“我是大学生”的全部动作过程是：〈句子〉⇒〈主语〉〈谓语〉⇒〈代词〉〈谓语〉⇒我〈谓语〉⇒我〈动词〉〈直接宾语〉⇒我是〈直接宾语〉⇒我是〈名词〉⇒我是大学生符号⇒的含义是，使用一条规则，代替⇒左边的某个符号，产生⇒右端的符号串。
显然，按照上述办法，不仅生成“我是大学生”这样的句子，还可以生成“王明是大学生”，“王明学习英语”，“我学习英语”，“他学习英语”，“你是工人”，“你学习王明”等几十个句子。
《编译原理》第2章 编译基础-形式语言与有穷自动机
句型、推导
G[E]： E→E+T|T T→T*F|F F→(E)|a
对于句子a+a*a 有不同 的推导
EE+T T+T F+T a+T a+T*F a+F*F a+a*F a+a*a
EE+T E+T*F E+T*a E+F*a E+a*a T+a*a F+a*a a+a*a
整理课件
例：奇偶测试器
0
0
1
q0
q1
∈
1
自动机：Ｍ＝（Q，∑ ，δ ，q0，Z）
Q＝｛ q0, q1}
∑ ={0,1}
q0=q0 Z={q1}
整理课件
映射函数：
δ（ q０,０)= q０ 0
0
δ（ q０,１)= q１
1
δ（ q1,０)= q１ q0
q1
δ（ q1,１)= q０
1
例：０００１１０００１
整理课件
第四节 正规文法与有穷自动机 1、正规文法 产生的语言的推导 例：文法 G=（VN，VT，P，S） 其中： VN={A，B，C}
VT={a,b,c} S=A P:A →aB A →aA
B →bB B →bC C →cC C →c
整理课件
A=>aA=>aaA=>…..=>aa…aB =>aa…abB=>aa…abb…bC =>aa…abb…bcC=> aa…abb…bccC => aa…abb…bcc…c
D→ε
Aa→bD
自然语言属于上下文有关文法
整理课件
文法的类型
编译原理(第2版)陈意云张昱编著课后答案
8
(b) 对于句子abab构造两个相应的最右推导.
S aSbS aSb abSaSb abSab abab
rm
rm
rm
rm
rm
S aSbS aSbaSbS aSbaSb aSbab abab
rm
rm
rm
rm
rm
(c)对于句子abab构造两个相应的分析树.
S
S
aSbS
(b) 句子a|aa的两种最左推导. 句子aa*的两种最左推导.
R
R
R
R
R
*
(c)消除二义性
R R ‘|’ S | S S ST | T T U* | U U (R) | a | b
aR
*
R
R
a
a
a
28
4.5 dangling-else文法: stmt if expr then stmt | matched-stmt
tcodenumlexval冶膝嘉篮瞄畅耽找捕案赶骂恭凶魏承弹特选虽丰仁宇汀刺蚁疵夷铁蟹暑牡编译原理第2版陈意云张昱编著课后答案编译原理第2版陈意云张昱编著课后答案stcetcetcttcetcttcnumnumttcnumnum俗铸涣甩呕灿樱涨巾陆蕾胯涣吁飞猜放渭溢惕想诊祭冕捌责境楔烦贴玛耀编译原理第2版陈意云张昱编著课后答案编译原理第2版陈意云张昱编著课后答案55s
( bexpr ) bexpr or bterm bterm bfactor bfactor false
11
true
(c) 试说明此文法产生的语言是全体布尔表达式.
12
练习: 长度为n的字符串, 分别有多少个 前缀, 后缀, 子串, 真前缀, 子序列 ? 前缀: n+1 后缀: n+1 子串: 1+ n+(n-1)+...+1 = 1+n(n+1)/2 真前缀: n 子序列: 1+Cn1+Cn2+Cn3+...+Cnn = 2n
编译原理课后答案 (2)
编译原理课后答案1. 什么是编译原理？编译原理是计算机科学领域的一个重要分支，研究如何将高级程序设计语言表示的程序转化为计算机能够执行的机器语言代码。
编译原理主要涉及词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、代码优化和目标代码生成等内容。
2. 为什么需要编译原理？在计算机科学领域中，人们使用高级编程语言来编写程序。
但是，计算机只能理解机器语言，因此需要将高级语言转换为机器语言，以便计算机能够执行程序。
编译原理的作用就是实现这种高级语言到机器语言的转换过程。
3. 编译过程的主要步骤有哪些？编译过程主要包含以下几个步骤：3.1 词法分析词法分析是将源代码分解成一个个的标记（Token）的过程。
一个标记代表源代码中的一个基本单元，例如关键字、标识符、运算符、常量等。
词法分析器通常使用有限自动机（DFA）来实现。
3.2 语法分析语法分析是将词法分析产生的标记序列组织成抽象语法树（Abstract Syntax Tree）的过程。
它通过分析语法规则来确定源代码的结构和语义。
常用的语法分析方法有自顶向下的LL分析和自底向上的LR分析。
3.3 语义分析语义分析是对程序的语义进行静态检查和语义处理的过程。
它会检查程序是否符合语言的语义规范，并进行类型检查等处理。
语义分析将产生中间表示（Intermediate Representation，IR），用于后续的代码生成和优化。
3.4 中间代码生成中间代码生成是将源代码转化为一种中间表示的过程，中间表示通常是一种高级的抽象语言，方便进行后续的代码优化和目标代码生成。
3.5 代码优化代码优化是通过对中间代码进行分析和变换，改进程序的执行效率和资源利用率的过程。
代码优化的目标是生成更高效的目标代码，提高程序的执行速度和资源利用率。
3.6 目标代码生成目标代码生成是将中间代码转化为特定目标机器的机器代码的过程。
目标机器可以是计算机的硬件平台，也可以是虚拟机等。
3.7 符号表管理符号表是编译器中用于存储程序中的标识符信息的数据结构。
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【作业1】
已有文法: G[S]: S→SA, S→A, A→SB, A→B, A→(S), A→(), B→[S] (1)改写文法以满足递归下降分析的要求。
答：
S →SAS →A
A →SBA →B
A →(S)A→()
B →[S]B→[ ]
(2)画出非终结符号B的递归下降子程序。
答：
S →(S)Z21|()Z21|[S]Z31|[]Z31
A →(S)Z22|()Z22|[S]Z32|[]Z32
B →(S)Z23|()Z23|[S]Z33|[]Z33
Z11→ε|AZ11|BZ21
Z12→AZ12|BZ22Z13→AZ13|BZ23
Z21→Z11Z22→ε|Z12
Z23→Z13Z31→Z21
Z32→Z22Z33→ε|Z23
【作业2】
已有文法：G[S]: S→aBc|bAB, A→aAb|b|Cc, B→b|ε,C→c (1)求每个非终结符的FIRST集和FOLLOW集；
答：
(2)构建LL(1)分析表；
答：
Select(S→ aBc)=a
Select(S→ bAB)=b
Sel ect(A→ aAb)=a
Select(A→ b)=b
Select(B→ b)=b
Select(B→ ε)=c,#
Select(S→ aBc)=a
Select(S→ bAB)=b
Select(A→ aAb)=a
Select(A→ b)=b
Select(B→ b)=b
Select(B→ ε)=c,#
(3)判断字符串baabbb是否为该文法的句子。
答:
S=>bAB=>b aAbB=>baaAbbB=>baabbbB=>baabbb baabbb是该文法的句子
【作业3】
设已给文法G[S]: S→TaF|F, F→TbP|P, P→c|d, T→e|b. 构造此文法的算符优先矩阵；
+ *↑（）i #
+ > < < < > < >
* > > < < > < >
↑> < < > < >
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