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2 Alphabete, Wörter, Sprachen und die Darstellung von Problemen

2.2 Alphabete, Wörter und Sprachen

Alphabet (2.1)

Eine endliche nichtleere Menge heißt Alphabet. Die Elemente eines Alphabets heißen Buchstaben (Zeichen, Symbole).

Häufige Alphabete:

  • mit Leersymbol
  • für (-adische Zahlen)
  • .

Wort (2.2)

Ein Wort über ist eine endliche (eventuell leere) Folge von Buchstaben aus . Das leere Wort (auch ) ist die leere Buchstabenfolge.

Die Länge eines Wortes ist die Anzahl der Vorkommen von Buchstaben in .

Kleene-Stern

ist die Menge aller Wörter über , . (infinite bitstrings)

Alle Wörter über lassen sich aufzählen, indem man die Wörter der Länge hintereinander schreibt.

Konkatenation (2.3)

Die Verkettung (Konkatenation) für ein Alphabet ist die Abbildung mit

Note: Für alle gilt .

  • ist assoziativ und , also ist ein Monoid mit neutralem Element .
  • kommutativ.

Umkehrung (2.4)

Für , , ist die Umkehrung (Reversal) von .

Note: Es gilt

Iteration (2.5)

Für und ist die -te Iteration definiert durch

Wir verwenden die folgenden Begriffe um Wörter zu beschreiben.

Teilwort, Präfix, Suffix (2.6)

Seien .

  • ist ein Teilwort von .
  • ist ein Präfix von .
  • ist ein Suffix von .
  • ist ein echtes Teilwort (Präfix, Suffix) von und ist ein Teilwort (Präfix, Suffix) von .

Anzahl Vorkommen (2.7)

Für und ist die Anzahl der Vorkommen von in .

Note: Es gilt .

Kanonische Ordnung (2.8)

Sei , , mit Ordnung . Die kanonische Ordnung auf ist für :

für irgendwelche und .

Note: Wir sortieren also nach Länge und dann von links nach rechts nach Buchstaben.

Sprache (2.9)

Eine Sprache über ist eine Teilmenge von .

Properties:

  • Das Komplement von bezüglich ist .
  • ist die leere Sprache, .

Konkatenation

Für Sprachen über ist die Konkatenation

ACHTUNG: while .

Es gilt für eine Sprache über mit , und :

  • and
    • heißt Kleene’scher Stern von

Lemmas: Für gilt:

    • Die Umkehrung gilt nicht
      • zwei verschiedene Zerlegungen mit , , haben kann.
  • Es existieren mit
    • Proof: , , also und . Mit ist , , also .

Homomorphismus (2.10)

Seien Alphabete. Ein Homomorphismus von nach ist jede Funktion mit

  1. und
  2. für alle .

Ein Homomorphismus ist durch die Werte für alle festgelegt.

Example: , , ist ein Homomorphismus von nach , z.B. . Damit lässt sich jede eindeutige Darstellung über in eine eindeutige Darstellung über überführen.