DFA的编程实现(含源代码、实验报告)剖析

实验一（一）程序设计语言及其编译器实现概览（2小时）实验目的：学习一门简单的程序设计语言的定义及其编译器实现实验任务：针对一门简单的程序设计语言，阅读其定义文档，初步了解其编译器的源代码。实验内容：（1）选择一门语言：TINY或其它语言也可（需自备其编译器的源代码）。（2）阅读其定义文档，了解语言定义的方法，包括：词法、语法、语义、运行时环境、目标机器、目标语言等内容。（3）了解其编译器源代码。对TINY语言编译器，其源代码由多个文件组成，请弄清楚每个文件的作用是什么。详情请见《编译原理及实践》第1.7节。请做一个C++工程文件（Win32ConsoleApplication,tiny.dsp），把它们组织起来，然后编译成可执行文件(tiny.exe)，即为TINY语言编译器。然后用它编译TINY语言示例源代码(sample.tny)。看看编译生成的目标文件(sample.tm)是怎样的。要运行目标程序，还需要一个虚拟机，名为TM机。TM机是以软件形式存在的，其源代码为tm.c，需要编译生成可执行文件tm.exe。然后将目标程序作为TM机的输入运行TM机即可得到所期待的结果。要求读懂main.c、globals.h、util.h、scan.h和util.c、scan.c等文件，三人一组进行讨论，给每一行加上注释，总结你们各自对程序的理解和阅读程序的收获，每组提交1份加了注释的文件和心得。有能力的同学可加上tm.c。实验一（二）DFA的编程实现（2小时）实验目的：通过本次实验，加深对DFA及其识别的语言的理解，学习对一般的DFA的表达方法与编程实现方法。实验任务：编写一个C语言程序，模拟实现DFA识别字符串的过程。实验内容：（1）DFA的输入；（2）DFA的存储与读写；（3）DFA的正确性检查；（4）DFA的语言集列表显示；（5）DFA的规则字符串判定；内容说明：（1）DFA的输入：分别输入DFA的“字符集”、“状态集”、“开始状态”、“接受状态集”、“状态转换表”等内容，并保存在设定的变量中。（2）DFA的存储与读写：将上述DFA的五元组保存在一个文本文件中，扩展名指定为.dfa。请自行设计DFA文件的存储格式，并说明其含义。能将保存在内存变量中的DFA写入DFA文件，也能将DFA文件读入内存中。（思考：对稀疏DFA（转换表中为空的地方较多）或用“或”表达转换的DFA（如下的测试用例三），如何改进DFA转换表的表达。）（3）DFA的正确性检查：检查所有集合的元素的唯一性。检查“开始状态”是否唯一，并是否包含在“状态集”中。检查“接受状态集”是否为空，并是否包含在“状态集”中。检查“状态转换表”是否满足DFA的要求。检查“状态转换表”并非填满时的处理是否得当…（4）DFA的语言集列表显示：输入待显示的字符串的最大长度N，输出以上定义的DFA的语言集中长度≤N的所有规则字符串。（提示：注意算法中while循环的次数）（5）DFA的规则字符串判定：输入（或用字符集随机生成）一个字符串，模拟DFA识别字符串的过程判定该字符串是否是规则字符串（属于DFA的语言集）。测试用例：DFA（一）DFA（二）DFA（三）实验要求：按照《编译原理及实践》参考书第二章中描述的“while循环+双层case选择”的算法编程实现一般的DFA。要求能通过以上三个测试用例的测试。完成内容中（1）（5）部分，可得C。完成内容中（1）（2）（5）部分，可得B。完成内容中（1）（2）（4）（5）部分，可得A。完成全部内容，可得奖励。判定算法概要：准备：开始状态s0,接受状态集F,状态转换表T(s,c),sS,cc=getchar();s=开始状态s0;while(c!=EOF)//输入未结束则循环…{s=T(s,c);if(s==NULL)error();c=getchar();}if(s接受状态集F)accept();elseerror();通用DFA存储格式的建议：（用以上的第三个测试DFA为例）3//字符集中的字符个数(以下两行也可合并成一行)/*o//以空格分隔的字符集。O代表任意非/和*的字符5//状态个数(以下两行也可合并成一行)12345//状态编号。若约定总是用从1开始的连续数字表示，则此行可省略1//开始状态的编号。若约定为1，则此行可省略1//结束状态个数。若约定为1，则此行可省略5//结束状态的编号2-1-1//状态1的所有出去的转换。按字符集中的字符顺序给出。-1表示出错状态-13-1343543-1-1-1实验报告：同时上交纸质报告与电子版报告。纸质报告以实验分析、实验中遇到的问题及解决方法、实验测试（含屏幕截图）、实验心得等为主，不得大量引用源程序（引用源程序总行数不得超过100行）。电子版报告以源程序、测试用例、输出文件等为主，包括纸质报告的电子版，须确保提并的源程序能编译运行，否则不要上交。电子版请发送到[e-mail]，邮件标题请写明学号、姓名与实验编号，形如：实验一学号姓名。不得抄袭实验报告与源程序，否则后果自负！提高内容：（1）图形化的用户界面；（2）任意DFA的状态转换图、状态转换表的图形绘制；附实验报告源码实验一DFA的编程实现实验目的：通过本次实验，加深对DFA及其识别的语言的理解，学习对一般的DFA的表达方法与编程实现方法。实验任务：编写一个C语言程序，模拟实现DFA识别字符串的过程。实验内容：（1）DFA的输入；（2）DFA的存储与读写；（3）DFA的正确性检查；（4）DFA的语言集列表显示；（5）DFA的规则字符串判定；实验分析：DFA的初始化一个DFA的基本信息状态集、字符集、开始状态、结束状态集、状态转换表；在程序中状态集、字符集、开始状态、结束状态集都用string类型来表示，即可不用考虑用户输入内容的长度。但缺点是字符集只能是字符而不可以是字符串。状态转换表：为三个字符的字符串，第一个为当前状态，第二个为输入字符，第三个为下一状态。用vector容器存放转换函数的内容字符串判断初始化一个DFA，后可以通过一下算法判断一个字符串是否符合该DFA。判定算法概要：准备：开始状态s0,接受状态集F,状态转换表T(s,c),sS,cc=getchar();s=开始状态s0;while(c!=EOF)//输入未结束则循环…{s=T(s,c);if(s==NULL)error();c=getchar();}if(s接受状态集F)accept();elseerror();在实际编写代码中的体现为voididentify()//判断字符串{cout请输入字符串endl;stringstr;cinstr;inti=0;charpresent=StartStates;while(istr.length()){present=move(present,str[i]);//move函数即去遍历转换表，返回下个状态if(present=='N')//N即为move返回错误的状态，{break;}i++;}if(FinalStates.find(present)!=FinalStates.npos)//如果返回的状态用find函数属于最终状态集则表示识别cout该自动机识别此字符串endl;elsecout该自动机不识别此字符串endl;}对DFA的存储与读写将DNF的信息写入文件中，第一行：字符集；第二行：状态集;第三行：开始状态；第四行：结束状态集；以下行写入状态转换表按照既定的规定读取文件中的数据将其赋值，然后初始化DFA即可；DFA的语言集列表显示：这一个模块应该是这个实验中比较难的一部分了。我并没有使用while循环的这个做法。而是用函数递归，通过所有字符集的路径去遍历整个DFA。最后将符合条件的字符串输出；voidTraversal(charpresent,intN,stringstrass=)//遍历DFA的语言集列表{if(present=='N'||N0)//若路径已经大于N或者当前状态错误，停止递归return;N--;if(FinalStates.find(present)!=FinalStates.npos){cout该自动机识别字符串:strassendl;}for(inti=0;iAlphabet.length();i++){stringtemp;temp=strass;strass+=Alphabet[i];Traversal(move(present,Alphabet[i]),N,strass);strass=temp;}}递归终止条件的判断。当N--时，N小于0，或者遍历到无路可走是便终止遇到的问题:对于递归的终止条件写得不够明确。递归前对字符串赋值strass赋值，递归后应该还原，这一点没有想到。调试了很久。总结，对递归的具体编写还是不熟悉。目前的代码，字符集和状态只能是一个字符，若要优化可以用vectorstring容器存储即可；实验用例：实验结果：DFA的初始化判断字符串：显示小于N的语言集：读取DFA文件：实验总结：在这次实验中，学习对一般的DFA的表达方法与编程实现方法。对课本提供的算法有了更深刻的认识。在编写和调试代码的过程中对自身的编程能力也有了很大的提高。对自动机和其识别语言有了更透彻的理解。在动手编程之前一定要好好明确实验的理论准备和思路的理清，能帮助我们在实验过程中少走更多的弯路。总之在这次实验中收获很多，提高了动手能力和分析问题的能力。源代码：//构造一个DFA#includeiostream#includestring#includevector#includefstreamusingnamespacestd;classTransitionTable{public:charpresent;//当前状态charnext;//下一状态charinput;//输入字符TransitionTable(charP,charI,charD){present=P;next=D;input=I;}};classDFA{public:DFA(){cout1、手动输入，2、读取txt文件endl;intselect;cinselect;if(select==1)inti();if(select==2)read();}stringStates;//状态集charStartStates;//开始状态stringFinalStates;//结束状态集stringAlphabet;//字符集vectorTransitionTableTrans;//转换函数voidinti()//初始化自动机{cout请输入有限状态集S：endl;cinStates;cout请输入字符集A：endl;cinAlphabet;cout请输入转换函数MOVE--格式为：当前状态-输入字符-下一状态：(输入#结束输入)endl;intj=0;while(true){charinput[4];cininput;if(strcmp(input,#)==0)break;TransitionTableTemp(input[0],input[1],input[2]);Trans.push_back(Temp);}cout请输入开始状态集S0：endl;cinStartStates;cout请输入结束状态集F：endl;cinFinalStates;}voididentify()//识别字符串{cout请输入字符串：endl;stringstr;cinstr;inti=0;charpresent=StartStates;while(istr.length()){present=move(present,str[i]);//move函数即去遍历转换表，返回下个状态if(present=='N')//N即为move返回错误的状态，