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8/14/2019 filelanguage and automata 7
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A m b i g u o u s G r a m m a r s
A C F G i s a m b i g u o u s i f o n e o r m o r e t e r m i n
a l
s t r i n g s h a v e m u l t i p l e l e f t m o s t d e r i v
a t i o n s f r o m t h e
s t a r t s y m b o l .
E q u i v a l e n t l y : m u l t i p l e r i g h t m o s t d e
r i v a t i o n s
o r m u l t i p l e p a r s e t r e e s .
E x a m p l e
C o n s i d e r S ! A S j ; A ! A 1 j 0 A 1 j 0 1 .
T h e s t r i n g 0 0 1 1 1 h a s t h e f o l l o w i n g t w o
l e f t m o s t
d e r i v i a t i o n s f r o m S :
1 . S
l m
A S
l m
0 A 1 S
l m
0 A 1 1 S
l m
0 0 1 1 1 S
l m
0 0 1 1 1
2 . S
l m
A S
l m
A 1 S
l m
0 A 1 1 S
l m
0 0 1 1 1 S
l m
0 0 1 1 1
I n t u i t i v e l y w e c a n u s e A ! A 1 r s t o r s e c o
n d
t o g e n e r a t e t h e e x t r a 1 .
I n h e r e n t l y A m b i g u o u s L a n g u a g e s
A C F L L i s i n h e r e n t l y a m b i g u o u s i f e v e r
y C F G f o r
L i s a m b i g u o u s .
S u c h t h i n g s e x i s t ; s e e c o u r s e r e a d e r
.
E x a m p l e
T h e l a n g u a g e o f o u r e x a m p l e g r a m m a r i s
n o t
i n h e r e n t l y a m b i g u o u s e v e n t h o u g h t h e
g r a m m a r
i s a m b i g u o u s .
C h a n g e t h e g r a m m a r t o f o r c e t h e e x t r a 1
' s t o
b e g e n e r a t e d l a s t .
S ! A S j
A ! 0 A 1 j B
B ! B 1 j 0 1
W h y C a r e ?
A m b i g u i t y o f t h e g r a m m a r i m p l i e s t h a
t
a t l e a s t s o m e s t r i n g s i n i t s l a n g u a g e h
a v e
d i e r e n t s t r u c t u r e s p a r s e t r e e s .
3T h u s s u c h a g r a m m a r i s u n l i k e l y t o
b e u s e f u l f o r a p r o g r a m m i n g l a n g u a g
e
b e c a u s e t w o s t r u c t u r e s f o r t h e s a m e s t
r i n g
p r o g r a m i m p l i e s t w o d i e r e n t m e a n i n g
s
e x e c u t a b l e e q u i v a l e n t p r o g r a m s f o r t
h i s
p r o g r a m .
3C o m m o n e x a m p l e : t h e e a s i e s t g r a m m a r
s
f o r a r i t h m e t i c e x p r e s s i o n s a r e a m b i g
u o u s
a n d n e e d t o b e r e p l a c e d b y m o r e c o m p l e
x
1
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u n a m b i g u o u s g r a m m a r s s e e c o u r s e
r e a d e r .
A n i n h e r e n t l y a m b i g u o u s l a n g u a g e w o u
l d
b e a b s o l u t e l y u n s u i t a b l e a s a p r o g r a m
m i n g
l a n g u a g e b e c a u s e w e w o u l d n o t h a v e a n
y
w a y o f x i n g a u n i q u e s t r u c t u r e f o r a l l i
t s
p r o g r a m s .
P u s h d o w n A u t o m a t a
A d d a s t a c k t o a F A .
T y p i c a l l y n o n d e t e r m i n i s t i c .
A n a u t o m a t o n e q u i v a l e n t t o C F G ' s .
E x a m p l e
N o t a t i o n f o r t r a n s i t i o n d i a g r a m s " : a
; Z = X
1
X +
2 X
k
= o n i n p u t a w i t h Z o n t o p o f t h e s t a c k
c o n s u m e t h e a m a k e t h i s s t a t e t r a n s i t i
o n a n d
r e p l a c e t h e Z o n t o p o f t h e s t a c k b y X
1
X
2
X
k
w i t h X
1
a t t h e t o p .
p q r
S t a r t
0 ; Z
0
= X Z
0
0 ; X = X X
1 ; X =
1 ; X =
1 ; Z
0
= Z
0
; Z
0
= Z
0
p = s t a r t i n g t o s e e a g r o u p o f 0 ' s a n d 1 ' s
; q =
r e a d i n g 0 ' s a n d p u s h i n g X ' s o n t o t h e s t
a c k ; r
= r e a d i n g 1 ' s a n d p o p p i n g X ' s u n t i l t h e
X ' s
a r e a l l p o p p e d .
W e c a n s t a r t a n e w g r o u p t r a n s i t i o n f r o
m r
t o p o n l y w h e n a l l X ' s w h i c h c o u n t t h e 0 '
s
h a v e b e e n m a t c h e d a g a i n s t 1 ' s .
F o r m a l P D A
P = Q ; ; , ; ; q
0
; Z
0
; F w h e r e Q q
0
a n d F
h a v e t h e i r m e a n i n g s f r o m F A .
, = s t a c k a l p h a b e t .
Z
0
i n , = s t a r t s y m b o l = t h e o n e s y m b o l o n
t h e s t a c k i n i t i a l l y .
= t r a n s i t i o n f u n c t i o n t a k e s a s t a t e a n
i n p u t
s y m b o l o r a n d a s t a c k s y m b o l a n d g i v e
s
y o u a n i t e n u m b e r o f c h o i c e s o f :
2
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1 . A n e w s t a t e p o s s i b l y t h e s a m e .
2 . A s t r i n g o f s t a c k s y m b o l s t o r e p l a c e
t h e
t o p s t a c k s y m b o l .
I n s t a n t a n e o u s D e s c r i p t i o n s I D ' s
F o r a F A t h e o n l y t h i n g o f i n t e r e s t a b o u
t t h e F A
i s i t s s t a t e . F o r a P D A w e w a n t t o k n o w i t
s s t a t e
a n d t h e e n t i r e c o n t e n t o f i t s s t a c k .
I t i s a l s o c o n v e n i e n t t o m a i n t a i n a c t i
o n t h a t
t h e r e i s a n i n p u t s t r i n g w a i t i n g t o b e r
e a d .
R e p r e s e n t e d b y a n I D q ; w ; w h e r e q =
s t a t e w = w a i t i n g i n p u t a n d = s t a c k t o
p
l e f t .
M o v e s o f t h e P D A
I f q ; a ; X c o n t a i n s p ; t h e n q ; a w ; X `
p ; w ; .
E x t e n d t o `
*
t o r e p r e s e n t 0 1 o r m a n y m o v e s .
S u b s c r i p t b y n a m e o f t h e P D A i f n e c e s s a
r y .
I n p u t s t r i n g w i s a c c e p t e d i f q
0
; w ; Z
0
`
*
p ; ; f o r a n y a c c e p t i n g s t a t e p a n d a n y
s t a c k s t r i n g .
L P = s e t o f s t r i n g s a c c e p t e d b y P .
E x a m p l e
p ; 0 1 1 0 0 1 1 ; Z
0
` q ; 1 1 0 0 1 1 ; X Z
0
`
r ; 1 0 0 1 1 ; Z
0
` r ; 0 0 1 1 ; Z
0
` p ; 0 0 1 1 ; Z
0
`
q ; 0 1 1 ; X Z
0
` q ; 1 1 ; X X Z
0
` r ; 1 ; X Z
0
`
r ; ; Z
0
` p ; ; Z
0
A c c e p t a n c e b y E m p t y S t a c k
A n o t h e r o n e o f t h o s e t e c h n i c a l c o n v e n
i e n c e s : w h e n
w e p r o v e t h a t P D A ' s a n d C F G ' s a c c e p t t h
e s a m e
l a n g u a g e s i t h e l p s t o a s s u m e t h a t t h e s
t a c k i s
e m p t y w h e n e v e r a c c e p t a n c e o c c u r s .
N P = s e t o f s t r i n g s w s u c h t h a t
q
0
; w ; Z
0
`
*
p ; ; f o r s o m e s t a t e p .
3N o t e p n e e d n o t b e i n F .
3I n f a c t i f w e t a l k a b o u t N P o n l y
t h e n w e n e e d n o t e v e n s p e c i f y a s e t o f
a c c e p t i n g s t a t e s .
E x a m p l e
F o r o u r p r e v i o u s e x a m p l e t o a c c e p t b y e
m p t y
s t a c k :
3
-
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1 . A d d a n e w t r a n s i t i o n p ; ; Z
0
= f p ; g .
3T h a t i s w h e n s t a r t i n g t o l o o k f o r a n e
w
0 - 1 b l o c k t h e P D A h a s t h e o p t i o n t o p o
p
t h e l a s t s y m b o l o t h e s t a c k i n s t e a d .
2 . p i s n o l o n g e r a n a c c e p t i n g s t a t e ; i n
f a c t t h e r e
a r e n o a c c e p t i n g s t a t e s .
E q u i v a l e n c e o f A c c e p t a n c e b y F i n a l S t
a t e
a n d E m p t y S t a c k
A l a n g u a g e i s L P
1
f o r s o m e P D A P
1
i f a n d o n l y
i f i t i s N P
2
f o r s o m e P D A P
2
.
G i v e n P
1
= Q ; ; , ; ; q
0
; Z
0
; F c o n s t r u c t P
2
:
1 . I n t r o d u c e n e w s t a r t s t a t e p
0
a n d n e w
b o t t o m - o f - s t a c k m a r k e r X
0
.
2 . F i r s t m o v e o f P
2
: r e p l a c e X
0
b y Z
0
X
0
a n d g o t o s t a t e q
0
. T h e p r e s e n c e o f X
0
p r e v e n t s P
2
f r o m a c c i d e n t a l l y " e m p t y i n g
i t s s t a c k a n d a c c e p t i n g w h e n P
1
d i d n o t
a c c e p t .
3 . T h e n P
2
s i m u l a t e s P
1
; i . e . g i v e P
2
a l l t h e
t r a n s i t i o n s o f P
1
.
4 . I n t r o d u c e a n e w s t a t e r t h a t k e e p s
p o p p i n g t h e s t a c k o f P
2
u n t i l i t i s e m p t y .
5 . I f t h e s i m u l a t e d P
1
i s i n a n a c c e p t i n g
s t a t e g i v e P
2
t h e a d d i t i o n a l c h o i c e o f
g o i n g t o s t a t e r o n i n p u t a n d t h u s
e m p t y i n g i t s s t a c k w i t h o u t r e a d i n g a n
y
m o r e i n p u t .
G i v e n P
2
= Q ; ; , ; ; q
0
; Z
0
; F c o n s t r u c t P
1
:
1 . I n t r o d u c e n e w s t a r t s t a t e p
0
a n d n e w
b o t t o m - o f - s t a c k m a r k e r X
0
.
2 . F i r s t m o v e o f P
1
: r e p l a c e X
0
b y Z
0
X
0
a n d g o t o s t a t e q
0
.
3 . I n t r o d u c e n e w s t a t e r f o r P
1
; i t i s t h e
o n l y a c c e p t i n g s t a t e .
4 . P
1
s i m u l a t e s P
2
.
5 . I f t h e s i m u l a t e d P
1
e v e r s e e s X
0
i t
k n o w s P
2
a c c e p t s s o P
1
g o e s t o s t a t e r
o n i n p u t .
4
