Алгоритм Эрли, доказательство оценки O(n^2) для однозначной грамматики — различия между версиями

Материал из Викиконспекты
Перейти к: навигация, поиск
Строка 53: Строка 53:
 
Список <tex>I_0</tex> можно построить за фиксированное время.
 
Список <tex>I_0</tex> можно построить за фиксированное время.
  
Рассмотрим <tex>I_j, \, j \ge 0</tex>. Рассмотрим шаги <tex>(4)</tex>, <tex>(5)</tex> и <tex>(6)</tex>.
+
Рассмотрим <tex>I_j, \, j > 0</tex>. Рассмотрим шаги <tex>(4)</tex>, <tex>(5)</tex> и <tex>(6)</tex>.
 
# На шаге <tex>(4)</tex> исследуется <tex>a_j</tex> и предыдущий список. Для каждой ситуации из <tex>I_{j-1}</tex> с символом <tex>a_j</tex>, расположенным справа от точки, в <tex>I_j</tex> включается некоторая ситуация.  Так как список в <tex>I_{j-1}</tex> можно найти за <tex>O(1)</tex> по символу <tex>a_j</tex>, то на включение каждой ситуации в <tex>I_j</tex> будет потрачено фиксированное время.
 
# На шаге <tex>(4)</tex> исследуется <tex>a_j</tex> и предыдущий список. Для каждой ситуации из <tex>I_{j-1}</tex> с символом <tex>a_j</tex>, расположенным справа от точки, в <tex>I_j</tex> включается некоторая ситуация.  Так как список в <tex>I_{j-1}</tex> можно найти за <tex>O(1)</tex> по символу <tex>a_j</tex>, то на включение каждой ситуации в <tex>I_j</tex> будет потрачено фиксированное время.
 
#Если применяется шаг <tex>(5)</tex>, то в некотором списке <tex>I_k</tex> для <tex>k \le j</tex> надо просмотреть все ситуации, содержащие <tex>"\cdot B"</tex> для некоторого конкретного <tex>B</tex>. Для каждой такой ситуации в <tex>I_j</tex> включается другая ситуация, и это время относится не к рассматриваемой ситуации, а к включаемой. Кроме того, так как по второй лемме для каждой ситуации предпринимается только одна попытка включить ее в список, то не нужно тратить время на проверку того, что включаемая ситуация уже есть в списке.
 
#Если применяется шаг <tex>(5)</tex>, то в некотором списке <tex>I_k</tex> для <tex>k \le j</tex> надо просмотреть все ситуации, содержащие <tex>"\cdot B"</tex> для некоторого конкретного <tex>B</tex>. Для каждой такой ситуации в <tex>I_j</tex> включается другая ситуация, и это время относится не к рассматриваемой ситуации, а к включаемой. Кроме того, так как по второй лемме для каждой ситуации предпринимается только одна попытка включить ее в список, то не нужно тратить время на проверку того, что включаемая ситуация уже есть в списке.

Версия 04:50, 18 января 2012

Алгоритм

Приведем Алгоритм Эрли.

На вход подается КС-грамматика [math]G = (N, \Sigma, P, S)[/math] и строка [math]w = a_1 a_2 \ldots a_n[/math] из [math]\Sigma^*[/math]. Результатом работы алгоритма является список разбора [math]I_0, I_1, \ldots , I_n[/math] для строки [math]w[/math].

Построение [math]I_0[/math]:

Шаг 1. Для каждого правила [math]S \rightarrow \alpha[/math] из [math]P[/math], включить [math][S \rightarrow \cdot \alpha, 0][/math] в [math]I_0[/math].

Выполнять шаги [math](2)[/math] и [math](3)[/math] до тех пор, пока в [math]I_0[/math] можно включать новые ситуации.

Шаг 2. Если [math][B \rightarrow \gamma \cdot, 0] \in I_0[/math], то для всех [math][A \rightarrow \alpha \cdot B \beta, 0] \in I_0[/math] включить в [math]I_0[/math] ситуацию [math][A \rightarrow \alpha B \cdot \beta, 0][/math].

Шаг 3. Если [math][A \rightarrow \alpha \cdot B \beta, 0] \in I_0[/math], то для всех правил из [math]P[/math] вида [math]B \rightarrow \gamma[/math] включить в [math]I_0[/math] ситуацию [math][B \rightarrow \cdot \gamma, 0][/math].

После того, как построены [math]I_0, I_1, \ldots , I_{j-1}[/math], строится [math]I_j[/math]:

Шаг 4. Для каждой ситуации [math][B \rightarrow \alpha \cdot a_j \beta, i] \in I_{j-1}[/math] включить в [math]I_j[/math] ситуацию [math][B \rightarrow \alpha a_j \cdot \beta, i][/math].

Выполнять шаги [math](5)[/math] и [math](6)[/math] до тех пор, пока в [math]I_j[/math] можно включать новые ситуации.

Шаг 5. Если [math][A \rightarrow \alpha \cdot, i] \in I_j[/math], то для всех ситуаций [math][B \rightarrow \alpha \cdot A \beta, k] \in I_i[/math] включить [math][B \rightarrow \alpha A \cdot \beta, k][/math] в [math]I_j[/math].

Шаг 6. Если [math][A \rightarrow \alpha \cdot B \beta, i] \in I_j[/math], то для всех правил [math]B \rightarrow \gamma[/math] из [math]P[/math] включить [math][B \rightarrow \cdot \gamma, j][/math] в [math]I_j[/math].

Время работы для однозначной грамматики

Лемма (1):
[math]\forall\,j: 1 \le j \le n[/math] в списке [math]I_j[/math] находится [math]O(j)[/math] ситуаций.
Доказательство:
[math]\triangleright[/math]
Так как грамматика фиксирована, то [math]\forall i[/math] количество ситуаций вида [math][A \rightarrow \alpha \cdot \beta, i][/math] не больше константного. Таким образом, так как в [math]I_j[/math] находятся ситуации, у которых [math]0 \le i \le j[/math], то всего в [math]I_j[/math] будет [math]O(j)[/math] ситуаций.
[math]\triangleleft[/math]
Лемма (2):
Пусть [math]G = (N, \Sigma, P, S)[/math] — однозначная КС-грамматика и [math]a_1 \dots a_n[/math] — цепочка из [math]\Sigma^*[/math]. Тогда алгоритм Эрли пытается включить [math][A \rightarrow \alpha \cdot \beta, i][/math] в [math]I_j[/math] не более одного раза, если [math]\alpha \ne \varepsilon[/math].
Доказательство:
[math]\triangleright[/math]

Ситуацию [math][A \rightarrow \alpha \cdot \beta, i][/math] можно включить в [math]I_j[/math] только на шагах [math](2)[/math], [math](4)[/math], или [math](5)[/math]. Если она включается на шаге [math](4)[/math], то последний символ цепочки [math]\alpha[/math] — терминал, а если на шагах [math](2)[/math] или [math](5)[/math], то — нетерминал. В первом случае результат очевиден. Во втором случае допустим, что [math][A \rightarrow \alpha'B \cdot \beta, i][/math] включается в [math]I_j[/math], когда рассматриваются две различные ситуации [math][B \rightarrow \gamma \cdot, k][/math] и [math][B \rightarrow \delta \cdot, l][/math]. Тогда ситуация [math][A \rightarrow \alpha' \cdot B\beta, i][/math] должна оказаться одновременно в [math]I_k[/math] и в [math]I_l[/math].

  1. Пусть [math]k \ne l[/math]. Тогда по теореме существуют такие [math]\theta_1, \theta_2, \theta_3[/math] и [math]\theta_4[/math], что [math]S \Rightarrow^* \theta_1 A \theta_2 \Rightarrow \theta_1 \alpha' B \beta \theta_2 \Rightarrow^* a_1 \dots a_n[/math] и [math]S \Rightarrow^* \theta_3 A \theta_4 \Rightarrow \theta_3 \alpha' B \beta \theta_4 \Rightarrow^* a_1 \dots a_n[/math]. Но в первом выводе [math]\theta_1 \alpha' \Rightarrow^* a_1 \dots a_k[/math], а во втором [math]\theta_1 \alpha' \Rightarrow^* a_1 \dots a_l[/math]. Тогда для цепочки [math]a_1 \dots a_n[/math] существуют два разных дерева вывода, в которых [math]a_{i+1} \dots a_j[/math] выводится из [math]\alpha' B[/math] двумя разными способами.
  2. Пусть [math]k = l[/math]. Тогда [math]\gamma \ne \delta[/math]. Тогда, так как [math][B \rightarrow \gamma \cdot, k] \in I_j[/math] и [math][B \rightarrow \delta \cdot, k] \in I_j[/math], то [math]\gamma \Rightarrow a_{k+1} \dots a_j[/math] и [math]\delta \Rightarrow a_{k+1} \dots a_j[/math], то есть [math]a_{k+1} \dots a_j[/math] выводится двумя разными способами.
[math]\triangleleft[/math]
Теорема:
Если входная грамматика однозначна, то время выполнения алгоритма Эрли для слова длины [math]n[/math] составляет [math]O(n^2)[/math].
Доказательство:
[math]\triangleright[/math]

Орагнизуем каждый список разбора [math]I_j[/math] таким образом, чтобы по любому символу [math]x \in \Sigma \cup N[/math], можно было за [math]O(1)[/math] получить список тех и только тех ситуаций, содержащихся в [math]I_j[/math], которые имеют вид [math][A \rightarrow \alpha \cdot x \beta, j][/math].

Покажем, что на каждую ситуацию алгоритм расходует фиксированное количество времени.

Список [math]I_0[/math] можно построить за фиксированное время.

Рассмотрим [math]I_j, \, j \gt 0[/math]. Рассмотрим шаги [math](4)[/math], [math](5)[/math] и [math](6)[/math].

  1. На шаге [math](4)[/math] исследуется [math]a_j[/math] и предыдущий список. Для каждой ситуации из [math]I_{j-1}[/math] с символом [math]a_j[/math], расположенным справа от точки, в [math]I_j[/math] включается некоторая ситуация. Так как список в [math]I_{j-1}[/math] можно найти за [math]O(1)[/math] по символу [math]a_j[/math], то на включение каждой ситуации в [math]I_j[/math] будет потрачено фиксированное время.
  2. Если применяется шаг [math](5)[/math], то в некотором списке [math]I_k[/math] для [math]k \le j[/math] надо просмотреть все ситуации, содержащие [math]"\cdot B"[/math] для некоторого конкретного [math]B[/math]. Для каждой такой ситуации в [math]I_j[/math] включается другая ситуация, и это время относится не к рассматриваемой ситуации, а к включаемой. Кроме того, так как по второй лемме для каждой ситуации предпринимается только одна попытка включить ее в список, то не нужно тратить время на проверку того, что включаемая ситуация уже есть в списке.
  3. Так как размер грамматики фиксирован, то , учитывая первую лемму, получаем, что шаг [math](6)[/math] выполняется за [math]O(j)[/math].
Таким образом, время работы алгоритма составляет [math]O(n^2)[/math].
[math]\triangleleft[/math]

Литература

  • А. Ахо, Дж. Ульман. Теория синтакcического анализа, перевода и компиляции. Том 1. Синтакcический анализ.