Sequenzen; Formale Sprachen


Um Zeichenfolgen über einem endlichen Zeichenvorrat A zu beschreiben, beginnen wir zweckmäßig mit dem kartesischen Produkt von A mit sich selbst.

Die Menge AA besteht aus den geordneten Paaren <a1,a2> mit a1, a2 A. Ebenso besteht AAA aus den Tripeln von Elementen aus A, und ebenso für beliebig viele Faktoren A; wir sprechen hier von Sequenzen über A, und schreiben sie oft mit spitzen Klammern.

Wir können Sequenzen miteinander verknüpfen oder verketten, indem wir sie aneinanderhängen:

<a1,a2><a3,a4,a5> = <a1,a2,a3,a4,a5>
diese Operation ist assoziativ .

Ist A ein Alphabet, also ein endlicher Zeichenvorrat, so lassen wir bei den Sequenzen meist die spitzen Klammern und Kommas weg und sprechen von Wörtern über dem Alphabet A. Die Menge A selbst entspricht dann den Wörtern der Länge 1, und oft nehmen wir ein leeres Wort , also die Sequenz <> der Länge 0, mit hinzu; es ändert bei der Verkettung nichts (es ist ein neutrales Element).

Die Menge aller  endlichen Wörter über einem Alphabet A:

A* = {} A (AA) (AAA) ...
heißt in der Algebra freies Monoid über A; weshalb, tut hier nichts zur Sache.

Jede  Teilmenge L von A* nennen wir eine Formale Sprache (über A); fast alle davon sind unendlich , und wir können nur mit solchen praktisch umgehen, von denen es eine endliche  Beschreibung gibt!

A* ist abzählbar,  und damit auch alle Formalen Sprachen über A (soweit sie nicht ohnehin endlich sind); aber die Menge aller Formalen Sprachen  über A ist überabzählbar.  Andererseits gibt es nur abzählbar  viele endliche Beschreibungen. Unsere Möglichkeiten erscheinen also recht stark eingeschränkt; aber für die Praxis genügen sie bei weitem.

Es ist oft bequem, auch eine assoziative Verkettung  für Formale Sprachen einzuführen:

MN = { mn | mM nN }
Auch hier gibt es ein neutrales Element  oder Einselement, nämlich {}, die Menge, die nur enthält. Die leere Sprache Ø ist dagegen ein Nullelement:
M{} = {}M = M, MØ = ØM = Ø


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Klaus Lagally, 20. Juli 2000, 17:21