Coordinación de Ciencias Computacionales INAOE. Teoría de Autómatas y Lenguajes Formales. Temario detallado para examen de ingreso 2012

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1 Coordinación de Ciencias Computacionales INAOE Teoría de Autómatas y Lenguajes Formales Temario detallado para examen de ingreso Autómatas 1.1. Por qué estudiar la teoría de autómatas? Introducción al autómata finito Representaciones estructurales El autómata y su complejidad 1.2. Introducción a las pruebas formales Pruebas deductivas La reducción de las definiciones Otras formas de teoremas Teoremas que parecen no ser sentencias If-Then 1.3. Formas adicionales de prueba Pruebas de equivalencias en conjuntos El contra positivo Prueba por contradicción Contraejemplos 1.4. Pruebas Inductivas Inducciones con enteros Formas más generales de inducciones con enteros Inducciones estructurales Inducciones mutuas 1.5. Conceptos centrales de la teoría de autómatas Alfabetos Cadenas Lenguajes Problemas 2. Autómatas finitos 2.1. Una visión informal del autómata finito Las reglas base El protocolo Habilitación del autómata para ignorar acciones El sistema completo como un autómata Uso del autómata producto para validar el protocolo 2.2. Autómatas finitos deterministas Definición de un autómata finito determinista (DFA, por sus siglas en Inglés) Como un DFA procesa cadenas Notaciones simples para DFA Extensión de la función de transición a cadenas El lenguaje de un DFA 2.3. Autómata finito no determinista (NFA, por sus siglas en Inglés)

2 Una mirada informal al NFA Definición del NFA La función de transición extendida El lenguaje de un NFA Equivalencia entre autómatas finitos deterministas y no deterministas Un caso malo para la construcción de subconjuntos 2.4. Una aplicación: búsqueda en texto Encontrar cadenas en textos Autómatas finitos no deterministas para búsqueda en texto Un DFA para reconocer un conjunto de palabras clave 2.5. Autómatas finitos con Transiciones Epsilon Usos de las transiciones epsilon La notación formal para -NFA Cerraduras-epsilon Transiciones extendidas y lenguajes para -NFA Eliminando transiciones- 3. Expresiones regulares y lenguajes 3.1. Expresiones regulares Los operadores de las expresiones regulares Construcción de expresiones regulares Precedencia de operaciones de las expresiones regulares 3.2. Autómatas finitos y expresiones regulares De DFA a expresiones regulares Conversión de DFA a expresiones regulares por eliminación de estados Conversión de expresiones regulares a autómatas 3.3. Aplicaciones de expresiones regulares Expresiones regulares en UNIX Análisis léxico Encontrando patrones en texto 3.4. Reglas algebraicas para expresiones regulares Asociatividad y conmutatividad Identidades y aniquiladores Ley distributiva Ley de idem-potencia Leyes relacionadas con la propiedad de cerradura Descubrir leyes para expresiones regulares La prueba de una ley algebraica para expresiones regulares 4. Propiedades de los lenguajes regulares 4.1. Demostración de lenguajes no regulares Lema de bombeo para lenguajes regulares Aplicaciones del lema de bombeo 4.2. Propiedades de cerradura de los lenguajes regulares Cerradura de lenguajes regulares bajo operaciones booleanas Inversión

3 Homomorfismos Homomorfismos inversos 4.3. Propiedades de decisión de los lenguajes regulares Conversión entre representaciones Prueba de vacuidad de lenguajes regulares Prueba de pertenencia en lenguajes regulares 4.4. Equivalencia y minimización de autómatas Prueba de equivalencia de estados Prueba de equivalencia de lenguajes regulares Minimización de DFA Porque no se puede vencer a un DFA minimizado 5. Gramáticas libres de contexto y lenguajes 5.1. Gramáticas libres de contexto Un ejemplo informal Definición de las gramáticas libres de contexto Derivaciones utilizando gramáticas Derivaciones por la izquierda y por la derecha El lenguaje de una gramática Formas enunciativas 5.2. Análisis sintáctico de árboles Construcción de analizadores sintácticos de árboles El rendimiento de un analizador sintáctico de árboles Inferencia, derivaciones y analizadores sintácticos de árboles De inferencias a árboles De árboles a derivaciones De derivaciones a inferencias recursivas 5.3. Aplicaciones de las gramáticas libres de contexto Analizadores sintácticos El analizador sintáctico-generador: YACC Lenguajes de marcado XML y definiciones documento-tipo 5.4. Ambigüedad en gramáticas y lenguajes Gramáticas ambiguas Eliminación de la ambigüedad en las gramáticas Derivaciones por la izquierda como una forma de expresar ambigüedad Ambigüedad inherente 6. Autómata de pila 6.1. Definición del autómata de pila Introducción informal La definición formal del autómata de pila Notación gráfica para el PDA (por sus siglas en inglés) Descripciones instantáneas del PDA 6.2. Los lenguajes de un PDA Aceptación por estado final

4 Aceptación por pila vacía De la pila vacía al estado final Del estado final a la pila vacía 6.3. Equivalencia de los autómatas de pila y las gramáticas libres de contexto De las gramáticas a los autómatas de pila De los autómatas de pila a las gramáticas 6.4. Autómatas de pila deterministas Definición de un PDA determinista Lenguajes regulares y PDA deterministas PDA deterministas y lenguajes libres de contexto PDA deterministas y gramáticas ambiguas 7. Propiedades de los lenguajes libres de contexto 7.1. Formas normales de las gramáticas libres de contexto Eliminación de símbolos innecesarios Cálculo de los símbolos generadores y alcanzables Eliminación de producciones Eliminación de producciones unitarias Forma normal de Chomsky 7.2. Lema de bombeo para los lenguajes libres de contexto El tamaño de los analizadores sintácticos de árboles Declaración del lema de bombeo Aplicación del lema de bombeo para lenguajes libres de contexto 7.3. Propiedades de cerradura para los lenguajes libres de contexto Sustituciones Aplicaciones del teorema de sustitución Inversión Intersección con un lenguaje regular Homomorfismo inverso 7.4. Propiedades de decisión de los lenguajes libres de contexto Complejidad de conversión entre gramáticas libres de contexto y autómatas de pila deterministas Tiempo de ejecución para conversión a la forma normal de Chomsky Prueba de vacío de los lenguajes libres de contexto Prueba de pertenencia a un lenguaje libre de contexto Vista previa a problemas de los lenguajes libres de contexto indecidibles 8. Introducción a las máquinas de Turing 8.1. Problemas que las computadoras no pueden resolver Programas que imprimen Hello, World El evaluador Hello, World hipotético Reduciendo un problema a otro 8.2. La máquina de Turing La búsqueda para decidir todas las preguntas matemáticas Notación para la máquina de Turing Descripciones instantáneas para la máquina de Turing

5 Diagramas de transición para las máquinas de Turing El lenguaje de una máquina de Turing Máquinas de Turing e interrupción 8.3. Técnicas de programación para las máquinas de Turing Almacenamiento en el estado Rutas múltiples Subrutinas 8.4. Extensiones a la máquina de Turing básica Máquinas de Turing con múltiples cintas Equivalencia entre máquinas de Turing de una y múltiples cintas Tiempo de ejecución y la construcción muchas cintas a una cinta Máquinas de Turing no deterministas 8.5. Máquinas de Turing restringidas Máquinas de Turing con cintas semi-infinitas Máquinas con múltiples pilas Máquinas El poder de las máquinas 8.6. Máquinas de Turing y las computadoras Simulación por computadora de una máquina de Turing Simulación por máquina de Turing de una computadora Comparación de los tiempos de operación de computadoras y máquinas de Turing Bibliografía 1. John E. Hopcroft, Rajeev Motwani and Jeffrey D.Ullman (2001). Automata Theory, Language and Computation. Addison-Wesley Publishing. 2. Michael Sipser (1997). Introduction to the Theory of Computation. PWS publishing company. 3. Harry R. Lewis, Christos H. Papadimitriou (1997). Elements of the Theory of Computation. Prentice Hall.

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