正规式是描述正则语言的一种形式化的语法,它用于构建目标字符串的模式。该正规式给出了一个描述具有任意数量的1,0组成的字符串集的模式。为了实现这一目标,我们需要构建相应的非确定有限状态自动机(NFA)。
NFA是一种有限状态自动机,其中输入可以导致有多个可能的转换,而不是与状态和输入唯一关联的确定性转换。这种能力使得NFA成为正则表达式和有限状态机等模式匹配算法的重要工具。
首先,让我们考虑该正规式的结构。它可以分为三部分:1,中间的字符串集合,2,零和3,*。为了构建相应的NFA,我们需要翻译这些组成部分。我们可以使用三个状态来表示完整的转换状态图——开始状态(S),中间状态(M)和终止状态(F)。
接下来,我们需要处理每个正则表达式的子部分。
- 表达式“1”:
从状态S读取数字1,并沿着箭头将状态从S转换到M。
- 表达式“(1010 * | 1(010) * 1)”:
这是一个正则表达式的选择。首先,我们考虑选择“1010 *”,这是一个重复的正则表达式。我们可以使用一个带有两个状态的循环,将状态从M转换回M,然后继续读取1010 *的组成部分。其次,我们考虑选择“1(010) * 1”,这是另一个重复的正则表达式。我们可以使用两个状态,将状态从M转换回M,然后继续读取010的组成部分。在读取到数字1之后,我们进入下一个部分。如果读到其他数字,则状态机会继续在循环中继续运行。
- 表达式“0”:
最后一部分是到达最终状态的字符串。我们需要将状态从M转换到F,以指示状态机读取了整个字符串。
现在我们具备了构建该正规式的NFA所需的所有信息,下面是状态转换图:
我们可以清楚地看到各个状态之间的转换和箭头的含义。S是初始状态,F是终止状态,M是中间状态。
在状态转换图中的每个状态,每个输入字符会引起跳转到一个或多个状态。该状态转换图描述了该正规表达式的语言,即以1开头,以0结尾,并且中间包含1010或1(010)的任意数量的1和0的字符串。
因此,我们通过将该正规式转换为NFA来完成了目标。对于计算机科学领域中的文本搜索、数据挖掘、自然语言处理和其他许多应用程序,正则表达式和有限状态机都是最常用的工具之一。通过理解正则表达式背后的原理和如何将其转换为有限状态机,我们能够更好地理解这些工具如何实现,并从中受益。
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