Trong thời đại công nghệ ngày nay, cả lĩnh vực phần cứng và phần mềm đều có sự phát triển vượt bậc. Một trong những lĩnh vực phát triển chính được nhìn thấy trong các phương pháp thiết kế phần cứng. Với công nghệ đang phát triển , khái niệm Phần cứng - Phần mềm đồng thiết kế có thể được thực hiện. Các phương pháp khác nhau được phát triển nhờ đó, sử dụng phần mềm người ta hoàn toàn có thể thiết kế và mô phỏng các hệ thống phần cứng. Một trong những phương pháp như vậy là Lý thuyết Tự động Dữ liệu. Lý thuyết tự động dữ liệu là nhánh của khoa học máy tính đề cập đến việc thiết kế mô hình trừu tượng của các thiết bị máy tính theo trình tự các bước đã định trước một cách tự động. Bài viết này thảo luận về thông tin ngắn gọn về hướng dẫn tự động dữ liệu.
Lý thuyết Automata là gì?
Từ Automata có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, có nghĩa là “tự hành động”. Automaton là một mô hình toán học của máy. Automaton bao gồm các trạng thái và quá trình chuyển đổi. Khi đầu vào được cấp cho automaton, nó thực hiện chuyển đổi sang trạng thái tiếp theo, tùy thuộc vào chức năng chuyển đổi. Các đầu vào cho hàm chuyển đổi là trạng thái hiện tại và các ký hiệu gần đây. Nếu một Automaton có một số trạng thái hữu hạn, nó được gọi là Finite Automata hoặc Máy trạng thái hữu hạn . Các ô tự động hữu hạn được biểu diễn bằng 5 bộ (Q, ∑, δ, qo, F)
Ở đâu,
Q = Tập hợp hữu hạn các trạng thái.
∑ = tập hợp hữu hạn các ký hiệu còn được gọi là Bảng chữ cái của ô tự động.
δ = hàm chuyển tiếp.
qo = trạng thái ban đầu của đầu vào.
F = tập hợp các trạng thái cuối cùng của Q.
Các thuật ngữ cơ bản của lý thuyết tự động dữ liệu
Một số thuật ngữ cơ bản của Lý thuyết tự động hóa là-
1 . Bảng chữ cái : Bất kỳ tập hợp hữu hạn các ký hiệu nào trong lý thuyết automata được gọi là Bảng chữ cái. Được biểu diễn bằng chữ cái∑ tập hợp {a, b, c, d, e,} được gọi là tập hợp Bảng chữ cái, trong khi các chữ cái của tập hợp 'a', 'b', 'c', 'd', 'e' được gọi là các ký hiệu.
hai . Chuỗi : Trong ô tự động, một chuỗi là một chuỗi hữu hạn các ký hiệu được lấy từ bộ chữ cái ∑, Ví dụ: chuỗi S = ‘adeaddadc’ hợp lệ trên bộ bảng chữ cái∑ = {a, b, c, d, e,}.
3 . Chiều dài của chuỗi : Số lượng ký hiệu có trong chuỗi được gọi là Độ dài của chuỗi. Cho chuỗi S = ‘adaada’ độ dài của chuỗi là | S | = 6. Nếu độ dài của chuỗi bằng 0 thì được gọi là chuỗi rỗng.
4 . Kleen Star : Nó là toán tử một ngôi trên tập ký hiệu Σ, cho tập hợp vô hạn của tất cả các chuỗi có thể, bao gồm λ, của tất cả các độ dài có thể trên tập Σ. Nó đại diện bởi. Ví dụ, đối với tập hợp Σ = {c, d}, ∑ * = {λ, c, d, cd, dc, cc, dd, ……}.
5 . Kleen Closure : Nó là tập vô hạn của tất cả các chuỗi có thể có của tập bảng chữ cái không bao gồm λ. Nó được ký hiệu là. Cho tập hợp Σ = {a, d}, ∑ + = {a, d, ad, da, aa, dd,… ..}.
6 . Ngôn ngữ : Ngôn ngữ là tập con của bộ sao Kleene∑ * cho một số bộ Bảng chữ cái Σ. Ngôn ngữ có thể là hữu hạn hoặc vô hạn. Ví dụ: nếu một ngôn ngữ nhận tất cả các chuỗi có thể có độ dài 2 trên tập Σ = {a, d}, thì L = {aa, ad, da, dd}.
Ngôn ngữ chính thức và Dữ liệu tự động
Trong lý thuyết tự động, ngôn ngữ Formal là một tập hợp các chuỗi, trong đó mỗi chuỗi là bao gồm các ký hiệu thuộc tập hữu hạn Bảng chữ cái Σ. Chúng ta hãy xem xét một ngôn ngữ mèo, có thể chứa bất kỳ chuỗi nào từ tập hợp vô hạn dưới đây…
kêu meo meo!
meww!
mewww !! ……
Bộ chữ cái cho ngôn ngữ mèo là Σ = {m, e, w,!}. Hãy để tập hợp này được sử dụng cho Mô hình dữ liệu tự động trạng thái hữu hạn-m. Khi đó, ngôn ngữ hình thức được đặc trưng bởi mô hình m được ký hiệu là
L (m)
L (m) = {‘mew!’, ‘Meww!’, ‘Mewww’, ……}
Automaton rất hữu ích cho việc xác định một ngôn ngữ vì nó có thể thể hiện một tập hợp vô hạn ở dạng đóng. Ngôn ngữ chính thức không giống như ngôn ngữ tự nhiên mà chúng ta nói trong cuộc sống hàng ngày. Một ngôn ngữ chính thức có thể biểu thị các trạng thái khác nhau của máy, không giống như các ngôn ngữ thông thường của chúng ta. Ngôn ngữ chính thức được sử dụng để mô hình hóa một phần của ngôn ngữ tự nhiên, chẳng hạn như cú pháp, v.v. Các ngôn ngữ chính thức được xác định bởi ô tự động trạng thái hữu hạn. Có hai quan điểm chính của tự động dữ liệu trạng thái hữu hạn- Bộ chấp nhận có thể cho biết liệu một chuỗi có trong ngôn ngữ hay không và quan điểm thứ hai là bộ tạo chỉ tạo ra các chuỗi trong ngôn ngữ.
Dữ liệu tự động hữu hạn xác định
Trong kiểu tự động xác định, khi một đầu vào được đưa ra, chúng ta luôn có thể xác định trạng thái chuyển đổi sẽ ở trạng thái nào. Vì đây là một tự động hóa hữu hạn, nó được gọi là Tự động hóa hữu hạn xác định.
Biểu diễn đồ họa
Biểu đồ trạng thái là đồ thị được sử dụng để biểu diễn đồ họa của Dữ liệu tự động hữu hạn xác định. Hãy để chúng tôi hiểu với một ví dụ. Hãy để dữ liệu tự động hữu hạn xác định là…
Q = {a, b, c, d}.
Σ = {0, 1}
= {a}
F = {d} và chức năng chuyển đổi là
Biểu mẫu dạng bảng biểu diễn đồ họa
Biểu đồ trạng thái
Sơ đồ trạng thái của tự động dữ liệu trạng thái hữu hạn xác định
Từ sơ đồ trạng thái
- Các trạng thái được biểu diễn bằng các đỉnh.
- Các chuyển đổi được thể hiện bằng vòng cung được gắn nhãn bằng bảng chữ cái đầu vào.
- Cung đến đơn trống biểu thị trạng thái ban đầu.
- Trạng thái có vòng tròn kép là trạng thái cuối cùng.
Dữ liệu tự động hữu hạn không xác định
Dữ liệu tự động mà trạng thái đầu ra cho đầu vào đã cho không thể xác định được gọi là Dữ liệu tự động không xác định. Nó còn được gọi là Automata hữu hạn không xác định, vì nó có một số trạng thái hữu hạn. Dữ liệu tự động hữu hạn không xác định được biểu diễn dưới dạng tập hợp 5 –tuple trong đó (Q, ∑, δ, qo, F)
Q = tập hợp hữu hạn các trạng thái.
∑ = Bộ bảng chữ cái.
δ = chức năng chuyển đổi
Ở đâu : 
qo = Trạng thái ban đầu.
Biểu diễn đồ họa
Otomat hữu hạn không xác định được biểu diễn với sự trợ giúp của biểu đồ trạng thái. Hãy để Dữ liệu tự động hữu hạn không xác định được-
Q = {a, b, c, d}
Σ = {0,1}
qo = {a}
F = {d}
Sự chuyển đổi là
Biểu mẫu dạng bảng biểu diễn đồ họa
Biểu đồ trạng thái
Sơ đồ trạng thái của dữ liệu tự động hữu hạn không xác định
Ứng dụng lý thuyết tự động hóa
Các ứng dụng của lý thuyết tự động bao gồm những điều sau đây.
- Lý thuyết tự động dữ liệu rất hữu ích trong các lĩnh vực Lý thuyết tính toán, sản xuất trình biên dịch, AI, v.v.
- Đối với các trình biên dịch xử lý văn bản và thiết kế phần cứng, các dữ liệu tự động hữu hạn đóng một vai trò quan trọng.
- Đối với các ứng dụng trong AI và trong ngôn ngữ lập trình , Ngữ pháp không theo ngữ cảnh rất hữu ích.
- Trong lĩnh vực sinh học, Dữ liệu tự động của tế bào rất hữu ích.
- Trong lý thuyết trường hữu hạn, chúng ta cũng có thể tìm thấy ứng dụng của Automata.
Trong bài này, chúng ta đã tìm hiểu một giới thiệu ngắn gọn về các ngôn ngữ lý thuyết tự động và tính toán. Automata đã có từ thời tiền sử. Với sự phát minh của các công nghệ mới, nhiều phát triển mới được nhìn thấy trong lĩnh vực này. Bạn đã gặp loại tự động nào?
