自然語言處理——3.3 下推自動機與CFG(上下文無關(guān)文法)

下推自動機(push-down automata, PDA)

1. 定義

PDA 可以看成是一個帶有附加的下推存儲器的有限自動機,下推存儲器是一個棧。如下圖所示:


定義如下:
一個不確定的PDA可以表達成一個7元組:
M = (\Sigma ,Q,\Gamma ,\delta ,{q_0},{Z_0},F)

  • \Sigma是輸入符號的有窮集合;
  • Q 是狀態(tài)的有限集合;
  • q_0 \in Q是初始狀態(tài);
  • \Gamma為下推存儲器符號的有窮集合;
  • Z_0 \in \Gamma為最初出現(xiàn)在下推存儲器頂端的符號;
  • F 是終止?fàn)顟B(tài)集合,F \subseteq Q
  • \delta是從Q×(\Sigma \cup {\{\varepsilon\} })×\GammaQ×\Gamma^* 子集的映射。

2. 映射關(guān)系\delta 的解釋

3. 符號約定

4. 下推自動機接受的語言

下推自動機M 所接受的語言定義為:

5. 舉例

下推自動機M = (\Sigma ,Q,\Gamma ,\delta ,{q_0},{Z_0},F)接受語言L={wcw^R|w \in \{a, b\}^*},其中,Q=\{0, 1\}, \Sigma=\{a, b, c\}, \Gamma = \{A, B\}, q_0 = 0, Z_0 = \#, F = {1}, \delta 定義如下:


那么:

另外兩種自動機

1. 圖靈機

  • 圖靈機與0型文法等價;
  • 圖靈機與有限自動機(FA)的區(qū)別:圖靈機可以通過其讀/寫頭改變輸入帶的字符。

2. 線性帶限自動機

  • 線性帶限自動機與1型文法等價;
  • 線性帶限自動機是一個確定的單帶圖靈機,其讀寫頭不能超越原輸入帶上字符串的初始和終止位置,即線性帶限自動機的存儲空間被輸入符號串的長度所限制。

各類自動機的區(qū)別

各類自動機的主要區(qū)別是它們能夠使用的信息存儲空間的差異:有限狀態(tài)自動機只能用狀態(tài)來存儲信息;下推自動機除了可以用狀態(tài)以外,還可以用下推存儲器(棧);線性帶限自動機可以利用狀態(tài)和輸入/輸出帶本身。因為輸入/輸出帶沒有“先進后出”的限制,因此,其功能大于棧;而圖靈機的存儲空間沒有任何限制。

語言與識別器的對應(yīng)關(guān)系

識別器是有窮地表示無窮語言的另一種方法。每一個語言的句子都能被一定的識別器所接受。


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