有限自動機理論（第2版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳文宇，田玲，程偉 等 著

圖書標籤:

• 有限自動機
• 自動機理論
• 形式語言
• 計算理論
• 離散數學
• 算法
• 計算機科學
• 理論計算機科學
• 狀態機
• 圖論

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121209635

版次：2

商品編碼：11306015

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2013-08-01

頁數：244

字數：448000

正文語種：中文

內容簡介

　　《有限自動機理論（第2版）》由“電子科技大學‘十二王’規劃研究生教材建議基金”資助齣版。《有限自動機理論（第2版）》簡述形式語言的基本內容，包括文法的分類和語言間運算的封閉性；係統地論述有限自動機：有限狀態自動機、下推自動機和圖靈機(包括量子圖靈機)的基礎理論；從構造文法産生語言的角度和構造自動機識彆語言的角度對語言進行討論；介紹文法與等價的自動機之間的轉換方法；並介紹有限自動機的一些典型應用。
　　《有限自動機理論（第2版）》以新的思維方式為讀者提供瞭一把鑰匙，主要培養讀者的獨立思考能力，使用符號化的係統描述程序設計語言或自然語言的語法結構的能力，以及構造自動機的能力。

目錄

第1章 基礎知識
1.1 集閤及其運算
1.2 關係
1.2.1 二元關係
1.2.2 等價關係
1.2.3 關係的閤成
1.3 證明和證明的方法
1.3.1 反證法
1.3.2 歸納法
1.3.3 遞歸的定義與歸納證明
1.4 圖與樹
1.5 語言
1.6 常用術語
1.7 形式語言與自動機的發展
習題1

第2章 形式語言簡介
2.1 例子語言
2.2 文法和語言的關係
2.2.1 文法
2.2.2 語言
2.2.3 文法和語言的3類問題
2.3 Chomsky對文法和語言的分類
2.4 文法産生語言
2.5 無用非終結符
2.6 推導樹
2.7 空串定理
2.8 消除左遞歸
2.8.1 消除直接左遞歸
2.8.2 消除間接左遞歸
2.9 上下文無關文法的另一種錶示
2.10 語言之間的運算及運算的封閉性
2.10.1 語言之間的基本運算
2.10.2 語言之間的運算的封閉性
2.10.3 語言之間的其他運算
2.11 正則錶達式和正則集
習題2

第3章 有限狀態自動機
3.1 有限狀態自動機
3.2 確定的有限狀態自動機接收的語言
3.3 確定的有限狀態自動機接收語言的例子
3.4 不確定的有限狀態自動機
3.4.1 不確定的有限狀態自動機的概念
3.4.2 不確定的有限狀態自動機的確定化
3.5 帶有 動作的有限狀態自動機
3.6 有限狀態自動機的一些變形
3.6.1 雙嚮的有限狀態自動機
3.6.2 帶有輸齣的有限狀態自動機
3.7 有限狀態接收機的存儲技術
3.8 有限狀態自動機應用實例
習題3

第4章 正則語言
4.1 正則語言與有限狀態自動機
4.1.1 正則錶達式對應有限狀態自動機
4.1.2 正則語言的等價模型
4.2 正則語言的泵浦引理
4.3 正則語言類中的判定算法
習題4

第5章 下推自動機
5.1 下推自動機
5.1.1 確定的下推自動機
5.1.2 不確定的下推自動機
5.1.3 下推自動機接收語言的兩種方式
5.1.4 廣義下推自動機和單態下推自動機
5.2 上下文無關文法和範式
5.2.1 Chomsky範式
5.2.2 Greibach範式
5.3 下推自動機與上下文無關語言
5.4 下推自動機應用實例
習題5

第6章 圖靈機
6.1 圖靈機的基本模型
6.1.1 圖靈機的定義
6.1.2 圖靈機的構造
6.2 圖靈機作為非負整數函數計算模型
6.3 圖靈機的構造技術
6.3.1 圖靈機的存儲技術
6.3.2 圖靈機的移動技術
6.3.3 圖靈機掃描多個符號技術
6.3.4 圖靈機的多道技術
6.3.5 圖靈機的查訖技術
6.3.6 圖靈機的子程序技術
6.4 圖靈機變形
6.4.1 雙嚮無窮帶圖靈機
6.4.2 多帶多讀/寫頭圖靈機
6.4.3 不確定圖靈機
6.4.4 多維圖靈機
6.4.5 其他圖靈機
6.5 通用圖靈機
6.5.1 編碼的目的
6.5.2 編碼方法
6.5.3 總結
6.6 圖靈機與短語結構語言
6.7 綫性有界的圖靈機與上下文相關語言
6.8 圖靈機應用實例
習題6

第7章 量子自動機
7.1 量子有限自動機
7.1.1 Moore ＆ Crutchfield量子有限自動機的定義
7.1.2 Moore ＆ Crutchfield量子有限自動機所識彆的語言
7.1.3 Moore ＆ Crutchfield量子正規語言的性質
7.1.4 Kondacs ＆ Watrous量子有限自動機的定義
7.1.5 Kondacs ＆ Watrous量子有限自動機的例子
7.1.6 量子有限自動機模型的研究進展概述
7.2 量子下推自動機
7.2.1 Moore ＆ Crutchfield量子下推自動機的定義
7.2.2 Moore ＆ Crutchfield量子文法的定義
7.2.3 Moore ＆ Crutchfield量子下推自動機所識彆的語言
7.2.4 Moore ＆ Crutchfield量子下推自動機所識彆的語言的代數性質
7.2.5 其他類型的量子下推自動機
7.2.6 量子下推自動機模型的研究進展概述
7.3 量子圖靈機
7.3.1 量子圖靈機的提齣
7.3.2 Church-Turing-Deutsch原理
7.3.3 Bernstein ＆ Vazirani量子圖靈機
7.3.4 量子圖靈機模型與量子電路模型的等價：Yao定理
7.3.5 Gudder量子圖靈機
7.3.6 量子圖靈機模型的研究進展概述
參考文獻

前言/序言

　　本書由“電子科技大學‘十二王’規劃研究生教材建議基金”資助齣版。
　　形式語言和自動機的理論是計算機科學的理論基礎。這些理論來源於：
　　（1）Chomsky對自然語言的研究。
　　（2）Backus和Naur使用BNF（巴科斯－諾爾範式）對ALGOL-60語言的語法規則的描述方式。
　　（3）Turing、Kleene、Neumann、Huffman等對自動機模型的研究。
　　形式語言和自動機理論的應用範圍已被擴展到生物工程、自動控製係統、圖像處理與模式識彆等許多領域。
　　形式語言與與自動機理論包括3方麵的內容：形式語言理論、自動機理論和形式語言與自動機等價性理論。本書主要討論自動機理論和形式語言與自動機等價性理論。
　　研究生的適應能力及創新能力在很大程度上取決於堅實的理論基礎和專業基礎知識，這是高質量研究生教育的重要特徵之一。在當今計算機科學技術突飛猛進、專業知識日新月異的時代，隻有紮實掌握專業的計算機理論基礎，纔有可能在該專業從事科研、教學和其他技術工作，纔能打好進行創造性研究的基礎。因此理論課程的學習就顯得尤為重要。研究生理論課程教學，必須立足於提高研究生的學術水平和科研能力，是實現研究生培養目標、保證研究生質量的重要環節。
　　全書共分為7章。第1章迴顧本書所需的基本數學知識；第2章是形式語言的基本內容，包括文法的定義、分類，文法的構造方法，以及語言之間的運算的封閉性的討論；第3章、第4章介紹有限狀態自動機的構造方法及其對應的正則語言的性質；第5章介紹下推自動機；第6章是對圖靈機的討論；第7章介紹量子圖靈機。
　　本書的目標是，力求使計算機科學與技術學科各個專業的研究生掌握各類有限自動機的模型、構造方法和技巧，培養計算思維能力。
　　本書基本覆蓋瞭形式語言的基本內容和有限自動機的主要內容，可以作為計算機科學與技術學科各專業研究生的教材。
　　本書不注重定理的煩瑣證明過程，而強調問題的思考方法和思路的研究，以提高讀者的創新思維能力。
　　本書是在第1版的基礎上進行修訂的，增加瞭有限自動機的應用、量子圖靈機等內容。全書由陳文宇、田玲、程偉和劉貴鬆編著，龔天富教授審閱瞭全書。
　　感謝參考文獻的作者和翻譯人員。感謝電子工業齣版社的王羽佳編輯為本書的齣版所做的大量工作。本書在編寫過程中，還得到瞭李維順、郭淩立、硃建、袁野、曾紅和陳青然等人的熱情幫助，在此對他們及所有為本書的齣版付齣瞭辛勤勞動的同誌錶示衷心的感謝。
　　特彆感謝北京工業大學的蔣宗禮教授，本書中藉鑒瞭蔣宗禮教授的《形式語言與自動機理論（第2版）》的許多內容，且習題也來源於該書。
　　本書提供配套的課件，需要的讀者請登錄華信教育資源網注冊後免費下載。
　　由於編者水平有限，書中難免存在缺點和錯誤，殷切希望廣大讀者批評指正。
　　編著者

計算的基石：探索形式語言與自動機理論的奧秘 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，領略形式語言理論和自動機理論這兩大計算科學核心領域的精髓。我們不聚焦於特定的教材版本，而是緻力於剖析這些理論概念的本質、發展脈絡及其在現代計算機科學中的關鍵作用。 第一部分：基礎概念的奠基——形式語言的構建 本部分將從最基礎的元素齣發，係統地構建起形式語言的理論框架。我們首先探討字符串和字母錶的嚴格定義，這是所有後續構造的基石。在此基礎上，我們將引入形式語言的概念，明確其作為一組特定字符串的集閤的數學本質。 深入到語言的結構，我們將詳細闡述文法（Grammar）的概念。文法是描述語言結構規則的工具，我們將重點分析不同類型的文法，特彆是上下文無關文法（Context-Free Grammars, CFG）。CFG在編程語言設計和編譯器構造中占據核心地位，因此我們將花費大量篇幅討論其形式化描述、推導過程，以及如何利用生成式規則（Production Rules）來精確地描述一個語言的全部有效句子。對於文法的有效性分析，我們將引入二義性（Ambiguity）的概念，探討一個文法能否唯一確定一個句子的結構樹，並介紹消除二義性的常用技術。 第二部分：識彆的機器——自動機的數學模型 如果說形式語言定義瞭“什麼”是閤法的結構，那麼自動機則迴答瞭“如何識彆”這些結構的問題。本部分將聚焦於自動機（Automata）的數學建模。 我們將從最簡單的模型開始：有限自動機（Finite Automata, FA）。FA是描述具有有限內存的計算設備的抽象模型。我們將區分確定性有限自動機（Deterministic Finite Automata, DFA）和非確定性有限自動機（Nondeterministic Finite Automata, NFA）。DFA的每一次轉移都有唯一確定的下一個狀態，而NFA允許在同一時刻存在多種可能的後續狀態。至關重要的是，我們將證明DFA和NFA在識彆能力上是等價的——任何NFA都可以被等效地轉化為一個DFA，這體現瞭模型之間的強大聯係。 隨後，我們將深入探討正則語言（Regular Languages）。這些語言是FA能夠識彆的全部語言集閤。為瞭更簡潔地描述正則語言，我們將引入正則錶達式（Regular Expressions, RE）的概念。RE提供瞭一種緊湊的代數方式來錶達FA所接受的模式。我們將嚴格證明正則錶達式的代數運算（並集、連接、閉包）與有限自動機的構造過程之間的直接對應關係，這是理論嚴謹性的重要體現。 為瞭進一步理解正則語言的界限，我們將介紹泵引理（Pumping Lemma）。該引理是證明一個特定語言“不是”正則語言的強大工具，它揭示瞭有限內存係統在處理無限長字符串時必然存在的結構限製。 第三部分：更強大的計算能力——下推自動機與上下文無關語言 有限自動機的能力是有限的，它們無法處理那些需要無限記憶（例如，處理括號匹配或判斷一個字符串中‘a’的數量是否等於‘b’的數量）的問題。為瞭識彆更復雜的語言，我們需要更強大的模型：下推自動機（Pushdown Automata, PDA）。 PDA的核心創新在於引入瞭一個棧（Stack）作為無限的輔助存儲器。我們將詳細分析PDA的工作原理、狀態轉移方式，以及它如何利用棧的後進先齣（LIFO）特性來處理更深層次的結構依賴。 與PDA精確對應的，是上下文無關語言（Context-Free Languages, CFLs）。我們將證明，一個語言是CFL當且僅當它能被某個PDA接受。CFLs在描述編程語言的語法結構方麵具有無可替代的地位。我們將再次使用泵引理的推廣形式——上下文無關語言的泵引理——來界定CFLs的能力範圍，並區分它們與更復雜的語言類彆。 第四部分：圖靈的遺産——可計算性的極限 本部分的討論將擴展到計算理論的終極模型：圖靈機（Turing Machine, TM）。圖靈機是公認的通用計算模型的抽象，其定義不僅包括讀寫帶（Tape）的能力，還包括對讀寫頭的嚴格控製。 我們將從最基本的確定性圖靈機（DTM）開始，然後討論非確定性圖靈機（NTM）。關於圖靈機的核心議題是Church-Turing論題，它斷言任何可計算的過程都可以被圖靈機模擬。 我們還將探討圖靈機在識彆遞歸語言（Recursive Languages）和半遞歸語言（Recursively Enumerable Languages）中的作用。這是對“可計算性”概念的精確數學刻畫。 最終，我們將觸及不可判定性（Undecidability）的領域。我們將研究著名的停機問題（Halting Problem），並通過對角綫法等技術，嚴格證明某些問題是圖靈機無法解決的。這構成瞭計算理論的內在邊界，界定瞭我們能解決的問題的範圍。 第五部分：效率的考量——復雜性理論的初步探索 在確定瞭“什麼可以被計算”之後，我們必須審視“以何種效率計算”。本部分將為讀者打開計算復雜性理論的大門。 我們將定義基於時間復雜度（Time Complexity）和空間復雜度（Space Complexity）的度量標準。我們將介紹復雜性類的概念，特彆是P類（多項式時間可解）和NP類（非確定性圖靈機能在多項式時間內驗證解）。雖然本書不深入復雜性理論的全部細節，但會清晰地展示這些理論如何從形式語言和自動機的抽象模型中自然延伸齣來，成為評估算法性能的關鍵理論工具。 本書的結構旨在提供一個從簡單到復雜的、邏輯嚴謹的知識體係，使讀者不僅掌握形式化工具，更能理解這些工具在定義計算本質和指導軟件工程實踐中的深遠意義。

評分☆☆☆☆☆

說實話，在拿到《有限自動機理論（第2版）》之前，我對學習有限自動機理論並沒有抱太大的期望，覺得這大概率又是一本堆砌概念和公式的書。然而，這本書徹底顛覆瞭我的看法。它最吸引我的地方在於其“實用性”和“啓發性”的完美結閤。作者並沒有將有限自動機僅僅作為一堆理論符號來講解，而是非常注重其在實際工程中的應用。例如，在介紹正則錶達式匹配時，作者詳細闡述瞭其背後的有限自動機原理，並展示瞭如何在編程中利用這些知識來實現高效的文本搜索和模式匹配。這種將理論與實踐緊密聯係的做法，讓我能夠立刻感受到所學知識的價值，也讓我對學習理論産生瞭更大的動力。書中還包含瞭一些“進階”的內容，例如如何利用有限自動機來設計和分析簡單的硬件電路，或者在自然語言處理中的一些初步應用，這些內容讓我看到瞭有限自動機更為廣闊的應用前景，也為我未來的學習方嚮提供瞭參考。我特彆贊賞作者在講解復雜算法時，會先給齣算法的直觀思路，然後再進行形式化的定義和證明，這樣的方式能夠幫助我更好地理解算法的“靈魂”，而不是僅僅記住它的“骨架”。總的來說，這本書不僅是一本紮實的理論教材，更是一本能夠激發我探索和創造力的“指南”。

評分☆☆☆☆☆

《有限自動機理論（第2版）》這本書，可以說是一本“懂你”的書。我之前學習理論知識的時候，最怕的就是那種“教科書式”的語言，過於生硬，缺乏人情味。而這本書的語言風格則完全不同，作者仿佛像一位經驗豐富、耐心友好的老師，在與我進行一對一的交流。他會用非常生活化的語言來解釋抽象的概念，還會穿插一些有趣的軼事或者曆史背景，讓學習過程不那麼枯燥。我尤其喜歡書中對於“有限狀態機”的描述，作者用類比的方式，將它比作一個“記憶有限的智能體”，這個生動的比喻瞬間就讓我理解瞭它的核心特點。而且，在講解一些可能引起混淆的定義時，作者會反復強調關鍵區彆，並用反例來幫助我理解，這種“韆叮萬囑”的方式，讓我覺得非常貼心。書中的圖示也很有特點，不是那種死闆的幾何圖形，而是更加形象生動，能夠幫助我直觀地感受狀態的切換和轉移。最令我感到驚喜的是，作者在講解完一個知識點後，總會留有一些“思考題”，這些題目不一定需要嚴格的數學解答，更多的是引導我去思考“如果……會怎麼樣？”，這極大地激發瞭我的主動性和探索欲。總而言之，這本書讓我覺得學習理論知識不是一件“苦差事”，而是一次充滿樂趣和啓迪的探索之旅。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對計算理論充滿好奇的研究生，我一直在尋找一本能夠深入探討有限自動機理論的權威著作，《有限自動機理論（第2版）》無疑滿足瞭我的需求，甚至超齣瞭我的預期。作者在內容深度和廣度上都做得非常到位。不僅僅是基礎概念的介紹，更深入地探討瞭算法的效率、復雜性分析以及一些更高級的主題，比如有限自動機的最小化、不可區分性關係等等。這些內容對於我進行更深入的研究非常有幫助。我特彆欣賞作者在講解證明時所采用的方法，既有嚴謹的數學推導，又不失清晰的邏輯闡述，讓我能夠理解每個步驟的由來和意義，而不是死記硬背。書中對於一些重要定理的證明，作者都給齣瞭詳盡的分析，並指齣瞭證明的關鍵點，這對於培養我的數學思維和證明能力至關重要。此外，書中還涉及瞭一些與有限自動機相關的其他理論，例如正規語言、上下文無關文法等，並闡述瞭它們之間的聯係，這為我構建更宏觀的計算理論知識體係提供瞭重要的支撐。盡管書中包含瞭一些相對復雜的數學內容，但作者通過精心的組織和細緻的講解，使得這些內容變得易於理解和掌握。這本書為我打開瞭計算理論的新視野，讓我更加敬畏於理論的精妙和力量。

評分☆☆☆☆☆

這本《有限自動機理論（第2版）》真是讓我愛不釋手！作為一名計算機科學專業的學生，我一直覺得理論知識的學習過程有時候會顯得枯燥乏味，尤其是那些抽象的概念和復雜的數學證明。然而，當我翻開這本書的第一頁，就被它清晰的邏輯和生動的闡述深深吸引住瞭。作者在講解每一個概念時，都力求從最基本、最直觀的角度齣發，然後層層遞進，引齣更深層次的理解。比如，在介紹狀態轉移圖時，作者不僅給齣瞭嚴謹的定義，還穿插瞭許多生活中的例子，例如交通燈的變化、簡單的遊戲規則等等，這極大地降低瞭理解門檻，讓我能夠迅速抓住核心思想。書中的插圖也十分精美，將抽象的自動機模型可視化，讓我不再感到晦澀難懂。而且，每一章的結尾都配有大量的練習題，這些題目難度適中，既鞏固瞭課堂上學到的知識，又能夠啓發我進行更深入的思考。最重要的是，作者在解答問題時，總是強調“為什麼”和“如何”，而不是簡單地給齣答案，這培養瞭我獨立分析和解決問題的能力。我尤其喜歡其中關於正則錶達式和有限自動機之間相互轉化的部分，作者用非常巧妙的方法將兩者聯係起來，讓我徹底理解瞭它們之間的等價關係。總而言之，這是一本將理論知識與實踐應用完美結閤的教材，極大地提升瞭我學習有限自動機理論的興趣和效率。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書《有限自動機理論（第2版）》的編排設計真的太齣色瞭！我之前接觸過一些理論性較強的書籍，往往會齣現內容跳躍、邏輯不連貫的問題，導緻學習過程斷斷續續，效率低下。但這本書完全沒有這個問題，它從一個基礎概念齣發，然後逐步擴展到更復雜的應用，整個過程流暢得如同行雲流水。我特彆欣賞作者在引入新概念時所做的鋪墊，總會先迴顧之前學過的知識，然後自然而然地過渡到下一個主題，這種循序漸進的方式讓我始終能夠跟上思路，不會産生“這又是從哪兒冒齣來的？”的睏惑。而且，書中的例子非常貼閤實際，不僅限於純粹的理論模型，還結閤瞭編譯器設計、文本處理等實際場景，這讓我能夠深刻體會到有限自動機在現實世界中的巨大價值，也讓我更加明白學習這些理論知識的意義所在。我尤其喜歡關於“非確定性有限自動機”和“確定性有限自動機”的比較分析，作者不僅闡述瞭它們的區彆，還詳細解釋瞭它們之間的轉換過程，並通過大量的圖示和步驟分解，讓這個看似復雜的過程變得清晰明瞭。此外，每章後麵的習題不僅數量可觀，而且覆蓋瞭該章的所有知識點，有些題目甚至具有一定的挑戰性，能夠激發我深入思考，嘗試不同的解題思路。這本書真的讓我覺得學習理論知識也可以是一件充滿樂趣和收獲的事情。

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評分☆☆☆☆☆

很好，很值得，比其他教材好。

評分☆☆☆☆☆

書寫得不算太好，沒講透。

評分☆☆☆☆☆

很好，很值得，比其他教材好。

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感覺不是正版，書中有錯誤

評分☆☆☆☆☆

質量好，價格實惠，國內的經典教材，推薦看一下

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《有限自動機理論（第2版）》由“電子科技大學‘十二王’規劃研究生教材建議基金”資助齣版。《有限自動機理論（第2版）》簡述形式語言的基本內容，包括文法的分類和語言間運算的封閉性；係統地論述有限自動機：有限狀態自動機、下推自動機和圖靈機(包括量子圖靈機)的基礎理論；從構造文法産生語言的角度和構造自動機識彆語言的角度對語言進行討論；介紹文法與等價的自動機之間的轉換方法；並介紹有限自動機的一些典型應用。

評分☆☆☆☆☆

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評分☆☆☆☆☆

很好，很值得，比其他教材好。