有限自动机理论（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈文宇，田玲，程伟 等 著

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• 有限自动机
• 自动机理论
• 形式语言
• 计算理论
• 离散数学
• 算法
• 计算机科学
• 理论计算机科学
• 状态机
• 图论

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121209635

版次：2

商品编码：11306015

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-08-01

页数：244

字数：448000

正文语种：中文

内容简介

　　《有限自动机理论（第2版）》由“电子科技大学‘十二王’规划研究生教材建议基金”资助出版。《有限自动机理论（第2版）》简述形式语言的基本内容，包括文法的分类和语言间运算的封闭性；系统地论述有限自动机：有限状态自动机、下推自动机和图灵机(包括量子图灵机)的基础理论；从构造文法产生语言的角度和构造自动机识别语言的角度对语言进行讨论；介绍文法与等价的自动机之间的转换方法；并介绍有限自动机的一些典型应用。
　　《有限自动机理论（第2版）》以新的思维方式为读者提供了一把钥匙，主要培养读者的独立思考能力，使用符号化的系统描述程序设计语言或自然语言的语法结构的能力，以及构造自动机的能力。

目录

第1章 基础知识
1.1 集合及其运算
1.2 关系
1.2.1 二元关系
1.2.2 等价关系
1.2.3 关系的合成
1.3 证明和证明的方法
1.3.1 反证法
1.3.2 归纳法
1.3.3 递归的定义与归纳证明
1.4 图与树
1.5 语言
1.6 常用术语
1.7 形式语言与自动机的发展
习题1

第2章 形式语言简介
2.1 例子语言
2.2 文法和语言的关系
2.2.1 文法
2.2.2 语言
2.2.3 文法和语言的3类问题
2.3 Chomsky对文法和语言的分类
2.4 文法产生语言
2.5 无用非终结符
2.6 推导树
2.7 空串定理
2.8 消除左递归
2.8.1 消除直接左递归
2.8.2 消除间接左递归
2.9 上下文无关文法的另一种表示
2.10 语言之间的运算及运算的封闭性
2.10.1 语言之间的基本运算
2.10.2 语言之间的运算的封闭性
2.10.3 语言之间的其他运算
2.11 正则表达式和正则集
习题2

第3章 有限状态自动机
3.1 有限状态自动机
3.2 确定的有限状态自动机接收的语言
3.3 确定的有限状态自动机接收语言的例子
3.4 不确定的有限状态自动机
3.4.1 不确定的有限状态自动机的概念
3.4.2 不确定的有限状态自动机的确定化
3.5 带有 动作的有限状态自动机
3.6 有限状态自动机的一些变形
3.6.1 双向的有限状态自动机
3.6.2 带有输出的有限状态自动机
3.7 有限状态接收机的存储技术
3.8 有限状态自动机应用实例
习题3

第4章 正则语言
4.1 正则语言与有限状态自动机
4.1.1 正则表达式对应有限状态自动机
4.1.2 正则语言的等价模型
4.2 正则语言的泵浦引理
4.3 正则语言类中的判定算法
习题4

第5章 下推自动机
5.1 下推自动机
5.1.1 确定的下推自动机
5.1.2 不确定的下推自动机
5.1.3 下推自动机接收语言的两种方式
5.1.4 广义下推自动机和单态下推自动机
5.2 上下文无关文法和范式
5.2.1 Chomsky范式
5.2.2 Greibach范式
5.3 下推自动机与上下文无关语言
5.4 下推自动机应用实例
习题5

第6章 图灵机
6.1 图灵机的基本模型
6.1.1 图灵机的定义
6.1.2 图灵机的构造
6.2 图灵机作为非负整数函数计算模型
6.3 图灵机的构造技术
6.3.1 图灵机的存储技术
6.3.2 图灵机的移动技术
6.3.3 图灵机扫描多个符号技术
6.3.4 图灵机的多道技术
6.3.5 图灵机的查讫技术
6.3.6 图灵机的子程序技术
6.4 图灵机变形
6.4.1 双向无穷带图灵机
6.4.2 多带多读/写头图灵机
6.4.3 不确定图灵机
6.4.4 多维图灵机
6.4.5 其他图灵机
6.5 通用图灵机
6.5.1 编码的目的
6.5.2 编码方法
6.5.3 总结
6.6 图灵机与短语结构语言
6.7 线性有界的图灵机与上下文相关语言
6.8 图灵机应用实例
习题6

第7章 量子自动机
7.1 量子有限自动机
7.1.1 Moore ＆ Crutchfield量子有限自动机的定义
7.1.2 Moore ＆ Crutchfield量子有限自动机所识别的语言
7.1.3 Moore ＆ Crutchfield量子正规语言的性质
7.1.4 Kondacs ＆ Watrous量子有限自动机的定义
7.1.5 Kondacs ＆ Watrous量子有限自动机的例子
7.1.6 量子有限自动机模型的研究进展概述
7.2 量子下推自动机
7.2.1 Moore ＆ Crutchfield量子下推自动机的定义
7.2.2 Moore ＆ Crutchfield量子文法的定义
7.2.3 Moore ＆ Crutchfield量子下推自动机所识别的语言
7.2.4 Moore ＆ Crutchfield量子下推自动机所识别的语言的代数性质
7.2.5 其他类型的量子下推自动机
7.2.6 量子下推自动机模型的研究进展概述
7.3 量子图灵机
7.3.1 量子图灵机的提出
7.3.2 Church-Turing-Deutsch原理
7.3.3 Bernstein ＆ Vazirani量子图灵机
7.3.4 量子图灵机模型与量子电路模型的等价：Yao定理
7.3.5 Gudder量子图灵机
7.3.6 量子图灵机模型的研究进展概述
参考文献

前言/序言

　　本书由“电子科技大学‘十二王’规划研究生教材建议基金”资助出版。
　　形式语言和自动机的理论是计算机科学的理论基础。这些理论来源于：
　　（1）Chomsky对自然语言的研究。
　　（2）Backus和Naur使用BNF（巴科斯－诺尔范式）对ALGOL-60语言的语法规则的描述方式。
　　（3）Turing、Kleene、Neumann、Huffman等对自动机模型的研究。
　　形式语言和自动机理论的应用范围已被扩展到生物工程、自动控制系统、图像处理与模式识别等许多领域。
　　形式语言与与自动机理论包括3方面的内容：形式语言理论、自动机理论和形式语言与自动机等价性理论。本书主要讨论自动机理论和形式语言与自动机等价性理论。
　　研究生的适应能力及创新能力在很大程度上取决于坚实的理论基础和专业基础知识，这是高质量研究生教育的重要特征之一。在当今计算机科学技术突飞猛进、专业知识日新月异的时代，只有扎实掌握专业的计算机理论基础，才有可能在该专业从事科研、教学和其他技术工作，才能打好进行创造性研究的基础。因此理论课程的学习就显得尤为重要。研究生理论课程教学，必须立足于提高研究生的学术水平和科研能力，是实现研究生培养目标、保证研究生质量的重要环节。
　　全书共分为7章。第1章回顾本书所需的基本数学知识；第2章是形式语言的基本内容，包括文法的定义、分类，文法的构造方法，以及语言之间的运算的封闭性的讨论；第3章、第4章介绍有限状态自动机的构造方法及其对应的正则语言的性质；第5章介绍下推自动机；第6章是对图灵机的讨论；第7章介绍量子图灵机。
　　本书的目标是，力求使计算机科学与技术学科各个专业的研究生掌握各类有限自动机的模型、构造方法和技巧，培养计算思维能力。
　　本书基本覆盖了形式语言的基本内容和有限自动机的主要内容，可以作为计算机科学与技术学科各专业研究生的教材。
　　本书不注重定理的烦琐证明过程，而强调问题的思考方法和思路的研究，以提高读者的创新思维能力。
　　本书是在第1版的基础上进行修订的，增加了有限自动机的应用、量子图灵机等内容。全书由陈文宇、田玲、程伟和刘贵松编著，龚天富教授审阅了全书。
　　感谢参考文献的作者和翻译人员。感谢电子工业出版社的王羽佳编辑为本书的出版所做的大量工作。本书在编写过程中，还得到了李维顺、郭凌立、朱建、袁野、曾红和陈青然等人的热情帮助，在此对他们及所有为本书的出版付出了辛勤劳动的同志表示衷心的感谢。
　　特别感谢北京工业大学的蒋宗礼教授，本书中借鉴了蒋宗礼教授的《形式语言与自动机理论（第2版）》的许多内容，且习题也来源于该书。
　　本书提供配套的课件，需要的读者请登录华信教育资源网注册后免费下载。
　　由于编者水平有限，书中难免存在缺点和错误，殷切希望广大读者批评指正。
　　编著者

计算的基石：探索形式语言与自动机理论的奥秘 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，领略形式语言理论和自动机理论这两大计算科学核心领域的精髓。我们不聚焦于特定的教材版本，而是致力于剖析这些理论概念的本质、发展脉络及其在现代计算机科学中的关键作用。 第一部分：基础概念的奠基——形式语言的构建 本部分将从最基础的元素出发，系统地构建起形式语言的理论框架。我们首先探讨字符串和字母表的严格定义，这是所有后续构造的基石。在此基础上，我们将引入形式语言的概念，明确其作为一组特定字符串的集合的数学本质。 深入到语言的结构，我们将详细阐述文法（Grammar）的概念。文法是描述语言结构规则的工具，我们将重点分析不同类型的文法，特别是上下文无关文法（Context-Free Grammars, CFG）。CFG在编程语言设计和编译器构造中占据核心地位，因此我们将花费大量篇幅讨论其形式化描述、推导过程，以及如何利用生成式规则（Production Rules）来精确地描述一个语言的全部有效句子。对于文法的有效性分析，我们将引入二义性（Ambiguity）的概念，探讨一个文法能否唯一确定一个句子的结构树，并介绍消除二义性的常用技术。 第二部分：识别的机器——自动机的数学模型 如果说形式语言定义了“什么”是合法的结构，那么自动机则回答了“如何识别”这些结构的问题。本部分将聚焦于自动机（Automata）的数学建模。 我们将从最简单的模型开始：有限自动机（Finite Automata, FA）。FA是描述具有有限内存的计算设备的抽象模型。我们将区分确定性有限自动机（Deterministic Finite Automata, DFA）和非确定性有限自动机（Nondeterministic Finite Automata, NFA）。DFA的每一次转移都有唯一确定的下一个状态，而NFA允许在同一时刻存在多种可能的后续状态。至关重要的是，我们将证明DFA和NFA在识别能力上是等价的——任何NFA都可以被等效地转化为一个DFA，这体现了模型之间的强大联系。 随后，我们将深入探讨正则语言（Regular Languages）。这些语言是FA能够识别的全部语言集合。为了更简洁地描述正则语言，我们将引入正则表达式（Regular Expressions, RE）的概念。RE提供了一种紧凑的代数方式来表达FA所接受的模式。我们将严格证明正则表达式的代数运算（并集、连接、闭包）与有限自动机的构造过程之间的直接对应关系，这是理论严谨性的重要体现。 为了进一步理解正则语言的界限，我们将介绍泵引理（Pumping Lemma）。该引理是证明一个特定语言“不是”正则语言的强大工具，它揭示了有限内存系统在处理无限长字符串时必然存在的结构限制。 第三部分：更强大的计算能力——下推自动机与上下文无关语言 有限自动机的能力是有限的，它们无法处理那些需要无限记忆（例如，处理括号匹配或判断一个字符串中‘a’的数量是否等于‘b’的数量）的问题。为了识别更复杂的语言，我们需要更强大的模型：下推自动机（Pushdown Automata, PDA）。 PDA的核心创新在于引入了一个栈（Stack）作为无限的辅助存储器。我们将详细分析PDA的工作原理、状态转移方式，以及它如何利用栈的后进先出（LIFO）特性来处理更深层次的结构依赖。 与PDA精确对应的，是上下文无关语言（Context-Free Languages, CFLs）。我们将证明，一个语言是CFL当且仅当它能被某个PDA接受。CFLs在描述编程语言的语法结构方面具有无可替代的地位。我们将再次使用泵引理的推广形式——上下文无关语言的泵引理——来界定CFLs的能力范围，并区分它们与更复杂的语言类别。 第四部分：图灵的遗产——可计算性的极限 本部分的讨论将扩展到计算理论的终极模型：图灵机（Turing Machine, TM）。图灵机是公认的通用计算模型的抽象，其定义不仅包括读写带（Tape）的能力，还包括对读写头的严格控制。 我们将从最基本的确定性图灵机（DTM）开始，然后讨论非确定性图灵机（NTM）。关于图灵机的核心议题是Church-Turing论题，它断言任何可计算的过程都可以被图灵机模拟。 我们还将探讨图灵机在识别递归语言（Recursive Languages）和半递归语言（Recursively Enumerable Languages）中的作用。这是对“可计算性”概念的精确数学刻画。 最终，我们将触及不可判定性（Undecidability）的领域。我们将研究著名的停机问题（Halting Problem），并通过对角线法等技术，严格证明某些问题是图灵机无法解决的。这构成了计算理论的内在边界，界定了我们能解决的问题的范围。 第五部分：效率的考量——复杂性理论的初步探索 在确定了“什么可以被计算”之后，我们必须审视“以何种效率计算”。本部分将为读者打开计算复杂性理论的大门。 我们将定义基于时间复杂度（Time Complexity）和空间复杂度（Space Complexity）的度量标准。我们将介绍复杂性类的概念，特别是P类（多项式时间可解）和NP类（非确定性图灵机能在多项式时间内验证解）。虽然本书不深入复杂性理论的全部细节，但会清晰地展示这些理论如何从形式语言和自动机的抽象模型中自然延伸出来，成为评估算法性能的关键理论工具。 本书的结构旨在提供一个从简单到复杂的、逻辑严谨的知识体系，使读者不仅掌握形式化工具，更能理解这些工具在定义计算本质和指导软件工程实践中的深远意义。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书《有限自动机理论（第2版）》的编排设计真的太出色了！我之前接触过一些理论性较强的书籍，往往会出现内容跳跃、逻辑不连贯的问题，导致学习过程断断续续，效率低下。但这本书完全没有这个问题，它从一个基础概念出发，然后逐步扩展到更复杂的应用，整个过程流畅得如同行云流水。我特别欣赏作者在引入新概念时所做的铺垫，总会先回顾之前学过的知识，然后自然而然地过渡到下一个主题，这种循序渐进的方式让我始终能够跟上思路，不会产生“这又是从哪儿冒出来的？”的困惑。而且，书中的例子非常贴合实际，不仅限于纯粹的理论模型，还结合了编译器设计、文本处理等实际场景，这让我能够深刻体会到有限自动机在现实世界中的巨大价值，也让我更加明白学习这些理论知识的意义所在。我尤其喜欢关于“非确定性有限自动机”和“确定性有限自动机”的比较分析，作者不仅阐述了它们的区别，还详细解释了它们之间的转换过程，并通过大量的图示和步骤分解，让这个看似复杂的过程变得清晰明了。此外，每章后面的习题不仅数量可观，而且覆盖了该章的所有知识点，有些题目甚至具有一定的挑战性，能够激发我深入思考，尝试不同的解题思路。这本书真的让我觉得学习理论知识也可以是一件充满乐趣和收获的事情。

评分☆☆☆☆☆

《有限自动机理论（第2版）》这本书，可以说是一本“懂你”的书。我之前学习理论知识的时候，最怕的就是那种“教科书式”的语言，过于生硬，缺乏人情味。而这本书的语言风格则完全不同，作者仿佛像一位经验丰富、耐心友好的老师，在与我进行一对一的交流。他会用非常生活化的语言来解释抽象的概念，还会穿插一些有趣的轶事或者历史背景，让学习过程不那么枯燥。我尤其喜欢书中对于“有限状态机”的描述，作者用类比的方式，将它比作一个“记忆有限的智能体”，这个生动的比喻瞬间就让我理解了它的核心特点。而且，在讲解一些可能引起混淆的定义时，作者会反复强调关键区别，并用反例来帮助我理解，这种“千叮万嘱”的方式，让我觉得非常贴心。书中的图示也很有特点，不是那种死板的几何图形，而是更加形象生动，能够帮助我直观地感受状态的切换和转移。最令我感到惊喜的是，作者在讲解完一个知识点后，总会留有一些“思考题”，这些题目不一定需要严格的数学解答，更多的是引导我去思考“如果……会怎么样？”，这极大地激发了我的主动性和探索欲。总而言之，这本书让我觉得学习理论知识不是一件“苦差事”，而是一次充满乐趣和启迪的探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

这本《有限自动机理论（第2版）》真是让我爱不释手！作为一名计算机科学专业的学生，我一直觉得理论知识的学习过程有时候会显得枯燥乏味，尤其是那些抽象的概念和复杂的数学证明。然而，当我翻开这本书的第一页，就被它清晰的逻辑和生动的阐述深深吸引住了。作者在讲解每一个概念时，都力求从最基本、最直观的角度出发，然后层层递进，引出更深层次的理解。比如，在介绍状态转移图时，作者不仅给出了严谨的定义，还穿插了许多生活中的例子，例如交通灯的变化、简单的游戏规则等等，这极大地降低了理解门槛，让我能够迅速抓住核心思想。书中的插图也十分精美，将抽象的自动机模型可视化，让我不再感到晦涩难懂。而且，每一章的结尾都配有大量的练习题，这些题目难度适中，既巩固了课堂上学到的知识，又能够启发我进行更深入的思考。最重要的是，作者在解答问题时，总是强调“为什么”和“如何”，而不是简单地给出答案，这培养了我独立分析和解决问题的能力。我尤其喜欢其中关于正则表达式和有限自动机之间相互转化的部分，作者用非常巧妙的方法将两者联系起来，让我彻底理解了它们之间的等价关系。总而言之，这是一本将理论知识与实践应用完美结合的教材，极大地提升了我学习有限自动机理论的兴趣和效率。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对计算理论充满好奇的研究生，我一直在寻找一本能够深入探讨有限自动机理论的权威著作，《有限自动机理论（第2版）》无疑满足了我的需求，甚至超出了我的预期。作者在内容深度和广度上都做得非常到位。不仅仅是基础概念的介绍，更深入地探讨了算法的效率、复杂性分析以及一些更高级的主题，比如有限自动机的最小化、不可区分性关系等等。这些内容对于我进行更深入的研究非常有帮助。我特别欣赏作者在讲解证明时所采用的方法，既有严谨的数学推导，又不失清晰的逻辑阐述，让我能够理解每个步骤的由来和意义，而不是死记硬背。书中对于一些重要定理的证明，作者都给出了详尽的分析，并指出了证明的关键点，这对于培养我的数学思维和证明能力至关重要。此外，书中还涉及了一些与有限自动机相关的其他理论，例如正规语言、上下文无关文法等，并阐述了它们之间的联系，这为我构建更宏观的计算理论知识体系提供了重要的支撑。尽管书中包含了一些相对复杂的数学内容，但作者通过精心的组织和细致的讲解，使得这些内容变得易于理解和掌握。这本书为我打开了计算理论的新视野，让我更加敬畏于理论的精妙和力量。

评分☆☆☆☆☆

说实话，在拿到《有限自动机理论（第2版）》之前，我对学习有限自动机理论并没有抱太大的期望，觉得这大概率又是一本堆砌概念和公式的书。然而，这本书彻底颠覆了我的看法。它最吸引我的地方在于其“实用性”和“启发性”的完美结合。作者并没有将有限自动机仅仅作为一堆理论符号来讲解，而是非常注重其在实际工程中的应用。例如，在介绍正则表达式匹配时，作者详细阐述了其背后的有限自动机原理，并展示了如何在编程中利用这些知识来实现高效的文本搜索和模式匹配。这种将理论与实践紧密联系的做法，让我能够立刻感受到所学知识的价值，也让我对学习理论产生了更大的动力。书中还包含了一些“进阶”的内容，例如如何利用有限自动机来设计和分析简单的硬件电路，或者在自然语言处理中的一些初步应用，这些内容让我看到了有限自动机更为广阔的应用前景，也为我未来的学习方向提供了参考。我特别赞赏作者在讲解复杂算法时，会先给出算法的直观思路，然后再进行形式化的定义和证明，这样的方式能够帮助我更好地理解算法的“灵魂”，而不是仅仅记住它的“骨架”。总的来说，这本书不仅是一本扎实的理论教材，更是一本能够激发我探索和创造力的“指南”。

评分☆☆☆☆☆

书写得不算太好，没讲透。

评分☆☆☆☆☆

质量好，价格实惠，国内的经典教材，推荐看一下

评分☆☆☆☆☆

买来当教材用的，不过写的很好！！！！！

评分☆☆☆☆☆

买来当教材用的，不过写的很好！！！！！

评分☆☆☆☆☆

《有限自动机理论（第2版）》由“电子科技大学‘十二王’规划研究生教材建议基金”资助出版。《有限自动机理论（第2版）》简述形式语言的基本内容，包括文法的分类和语言间运算的封闭性；系统地论述有限自动机：有限状态自动机、下推自动机和图灵机(包括量子图灵机)的基础理论；从构造文法产生语言的角度和构造自动机识别语言的角度对语言进行讨论；介绍文法与等价的自动机之间的转换方法；并介绍有限自动机的一些典型应用。

评分☆☆☆☆☆

书写得不算太好，没讲透。

评分☆☆☆☆☆

《有限自动机理论（第2版）》以新的思维方式为读者提供了一把钥匙，主要培养读者的独立思考能力，使用符号化的系统描述程序设计语言或自然语言的语法结构的能力，以及构造自动机的能力。

评分☆☆☆☆☆

很好，很值得，比其他教材好。

评分☆☆☆☆☆

书写得不算太好，没讲透。