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.Alonso 1. Introduccin a la Teora de Autmatas y Lenguajes Formales

Araceli Sanchis de Miguel Agapito Ledezma Espino Jos A. Iglesias Mar

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Objetivos Presentar la normaDva, los contenidos y objeDvos de la asignatura poniendo nfasis en las aplicaciones prcDcas de la materia que se va a estudiar.

Conocer la contextualizacin histrica de la Teora de Autmatas y lenguajes formales. Desde los orgenes hasta los disDntos campos de los que se ha nutrido esta rea de conocimiento (Ingeniera, Lenguajes y GramDcas, y MatemDcas y Computabilidad).

Conocer el esquema bsico que se seguir a travs de la jerarqua de Chomsky sobre los autmatas, gramDcas y lenguajes formales.

Conocer otras mquinas abstractas relacionadas que se encuentran fuera de la jerarqua de Chomsky.

Conocer los lmites de las mquinas abstractas que se estudiarn y sus problemas de complejidad. 2

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El por qu de la Teora de Autmatas

Relacin con otras reas de Conocimiento

Mquinas, Lenguajes y Algoritmos

ndice

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Computer Engineering , Computer Science, InformaDon Systems, InformaDon Technologies, SoYware Engineering

Computer Science: A pesar de la enorme amplitud de la informDca, existen conceptos y habilidades que son comunes a la informDca en su conjunto.

Todos los estudiantes de informDca Denen que aprender a integrar la teora y la prcDca, a reconocer la importancia de la abstraccin para apreciar el valor del buen diseo de ingeniera

Fuente: CompuDng Curricula 2005. The Overview Report. hbp://www.acm.org/educaDon/curric_vols/CC2005-March06Final.pdf

Disciplinas de la Computacin segn la Educational Activities Board of IEEE:

El por qu de la Teora de Autmatas

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El por qu de la Teora de Autmatas Ciencias de la Computacin: cuerpo de conocimiento que se ocupa del estudio de los fundamentos tericos de la informacin y la computacin y de su implementacin y aplicacin en sistemas computacionales.

Gibbs y Tucker (1986): No se debe entender que el objeDvo de las Ciencias de la Computacin sea la construccin de programas sino el estudio sistemDco de los algoritmos y estructuras de datos, especcamente de sus propiedades formales Gibbs, N. E. and Tucker, A. B. 1986. A model curriculum for a liberal

arts degree in computer science. Commun. ACM 29, 3 (Mar. 1986), 202-210. DOI= hbp://doi.acm.org/10.1145/5666.5667 5

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El por qu de la Teora de Autmatas Es anterior al invento del Computador (incluso del transistor)

Propiedades MATEMTICAS FUNDAMENTALES de SoYware, Hardware y aplicaciones de los mismos. Responder a preguntas como:

Cmo puede construirse un programa para resolver un problema? Resuelve el programa realmente el problema? Cunto se tarda en realizar un cmputo (complejidad temporal). Cuanta memoria se necesita para realizar el computo (complejidad espacial).

Y el modelo de computacin (ImperaDvo, POO, Programacin. Lgica, etc.)

Qu se puede computar y qu NO se puede computar.

Primera inmersin en la Teora de la Computacin:

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El por qu de la Teora de Autmatas. Videojuegos Comportamiento de personajes

Compiladores y Procesamiento de Lenguaje Natural Anlisis Lxico en lenguajes programacin (compilador). Bsqueda de cadenas o comparacin de patrones Diseo de nuevos lenguajes de programacin o ampliacin

Implementacin de Protocolos Robustos Para clientes o usuarios E.g. Sistemas de Seguridad

Criptograua Moderna (sus protocolos)

Aplicacin directa de conceptos propios de las Ciencias de la Computacin:

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El por qu de la Teora de Autmatas. Construccin de sistemas computacionales ms elegantes y sencillos.

Diseo (Maquina Secuencial --> Cdigo) Diseo de estructuras y parsing: gramaDcas (ej: XML) Bsqueda de cadenas o comparacin de patrones

SW para disear y evaluar circuitos digitales. Escanear grandes canDdades de texto (web) SW para vericar sistemas que Dene un nmero nito de estados

Aplicacin directa de conceptos propios de las Ciencias de la Computacin:

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El por qu de la Teora de Autmatas Teora de la Computacin: Aburrida y arcaica? NO, es Comprensible e Interesante.

Proporciona al Ingeniero: Aspectos tericos (permite innovacin)

Autmatas, Representacin Estructural (GramDcas) Autmatas y Mquinas para establecer limites de la Computabilidad.

Aspectos prcDcos (ingeniera)

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Relacin con otras reas. Procesos Digitales

TEORIA DE AUTOMATAS Y LENGUAJES FORMALES

(+ Teora Avanzada de la Computacin)

Inteligencia ArDcial

Desarrollo Sistemas SW (No Ing. de SW)

Metodologa de la Programacin

Grado en Ingeniera InformDca

MatemDca Discreta (3)

Tecnologa de Computadores, Estructura de computadores(1) Programacin,

POO, EDA (1)

Procesadores de Lenguajes

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Relacin con otras reas de Conocimiento

Mquinas, Lenguajes y Algoritmos

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Tres pilares sustentan la Teora de Lenguajes,

Gramticas y Autmatas AUTMATAS (ingeniera)

Leonardo Torres, 1915 Shannon, 1938 Mc Culloch-Pitts, 1943 Moore, 1956

COMPUTABILIDAD (matemticas)

Hilbert, 1928 Gdel, Kleene, Post y Turing, 1930 Church, 1936 Rabin, 1960 Cobhan, 1964 Cook, 1972 Aho, Hopcroft, Ullman, 1974

LENGUAJES y GRAMTICAS (lingstica)

Panini, entre el 400 y 200 AC Chomsky, 1967 Backus, 1960 Kleene, 1951 Hirst, Tennant y Carbonell, 1981

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Aplicacin en campos muy diversos

Manejan conceptos como control, accin, memoria

Los objetos son controlados o recordados con smbolos, palabras o frases de algn Dpo.

Mquina de Moore y mquina de Mealy

Circuitos combinatorios

Autmatas ProbabilsDcos (incerDdumbre en las transiciones)

McCulloch-Pibs (1943) describieron los clculos lgicos inmersos en un disposiDvo denominado neurona arDcial. Redes de Neuronas ArDciales

Autmatas Celulares (J.H. Conway, el juego de la vida).

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Mquina de Turing Universal, Jim Wiked. 15

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Origen en la lingsDca

Noam Chomsky Jerarqua de Chomsky (1956)

Backus normal form

(para gramDca de ALGOL) Lenguajes de Programacin Lenguajes Naturales Sistemas de Comandos

Noam Chomsky (1928 - )

John Backus (1924 - 2007)

Lenguajes y GramDcas

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G. Regulares G3

G. Indep Contexto

G2 G. Dependientes del Contexto G1

G. sin restricciones G0

Lenguajes Regulares

Lenguajes Indep.

Contexto Lenguajes Dependientes

Contexto

Lenguajes sin restricciones

Autmatas Finitos

Autmatas Pila

Autmatas Linealmente

Acotados

Mquinas de Turing

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Algoritmos Lenguajes

Mquinas (AF, AP, MT)

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BibliograMa Referencias bsicas :

1. J. E. HopcroY, R. Motwani, J. D. Ullman. Introduccin a la Teora de Autmatas, Lenguajes y Computacin. Ed. Pearson Addison Wesley , 2008 Captulo 1. Introduccin a lo Autmatas

2. E. Alfonseca Cubero, M. Alfonseca Moreno, R. Moriyn Salomn. Teora de Autmatas y Lenguajes Formales. Ed. McGraw-Hill, 2007

Captulo 1. Mquinas, Lenguajes y Problemas.

Referencias complementarias: 1. P. Isasi, P. Mar

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.Alonso 1. Introduccin a la Teora de Autmatas y Lenguajes Formales

Araceli Sanchis de Miguel Agapito Ledezma Espino Jos A. Iglesias Mar