Mercurial > pub > ImplabNet

comparison Implab/Automaton/DFATable.cs @ 190:1c2a16d071a7 v2

Find changesets by keywords (author, files, the commit message), revision number or hash, or revset expression.
Слияние с ref20160224
author cin
date Fri, 22 Apr 2016 13:08:08 +0300
parents 4f82e0f161c3
children 5f7a3e1d32b9
comparison
equal deleted inserted replaced
161:2a8466f0cb8a 190:1c2a16d071a7
1 using Implab;
2 using System;
3 using System.Collections.Generic;
4 using System.Linq;
5 using System.Diagnostics;
6 using System.IO;
7 using System.CodeDom.Compiler;
8 using System.CodeDom;
9
10 namespace Implab.Automaton {
11 public class DFATable : IDFATableBuilder {
12 int m_stateCount;
13 int m_symbolCount;
14 int m_initialState;
15
16 readonly HashSet<int> m_finalStates = new HashSet<int>();
17 readonly HashSet<AutomatonTransition> m_transitions = new HashSet<AutomatonTransition>();
18
19
20 #region IDFADefinition implementation
21
22 public bool IsFinalState(int s) {
23 Safe.ArgumentInRange(s, 0, m_stateCount, "s");
24
25 return m_finalStates.Contains(s);
26 }
27
28 public IEnumerable<int> FinalStates {
29 get {
30 return m_finalStates;
31 }
32 }
33
34 public int StateCount {
35 get { return m_stateCount; }
36 }
37
38 public int AlphabetSize {
39 get { return m_symbolCount; }
40 }
41
42 public int InitialState {
43 get { return m_initialState; }
44 }
45
46 #endregion
47
48 public void SetInitialState(int s) {
49 Safe.ArgumentAssert(s >= 0, "s");
50 m_stateCount = Math.Max(m_stateCount, s + 1);
51 m_initialState = s;
52 }
53
54 public void MarkFinalState(int state) {
55 m_stateCount = Math.Max(m_stateCount, state + 1);
56 m_finalStates.Add(state);
57 }
58
59 public void Add(AutomatonTransition item) {
60 Safe.ArgumentAssert(item.s1 >= 0, "item");
61 Safe.ArgumentAssert(item.s2 >= 0, "item");
62 Safe.ArgumentAssert(item.edge >= 0, "item");
63
64 m_stateCount = Math.Max(m_stateCount, Math.Max(item.s1, item.s2) + 1);
65 m_symbolCount = Math.Max(m_symbolCount, item.edge + 1);
66
67 m_transitions.Add(item);
68 }
69
70 public void Clear() {
71 m_stateCount = 0;
72 m_symbolCount = 0;
73 m_finalStates.Clear();
74 m_transitions.Clear();
75 }
76
77 public bool Contains(AutomatonTransition item) {
78 return m_transitions.Contains(item);
79 }
80
81 public void CopyTo(AutomatonTransition[] array, int arrayIndex) {
82 m_transitions.CopyTo(array, arrayIndex);
83 }
84
85 public bool Remove(AutomatonTransition item) {
86 return m_transitions.Remove(item);
87 }
88
89 public int Count {
90 get {
91 return m_transitions.Count;
92 }
93 }
94
95 public bool IsReadOnly {
96 get {
97 return false;
98 }
99 }
100
101 public IEnumerator<AutomatonTransition> GetEnumerator() {
102 return m_transitions.GetEnumerator();
103 }
104
105 System.Collections.IEnumerator System.Collections.IEnumerable.GetEnumerator() {
106 return GetEnumerator();
107 }
108
109 public void AddSymbol(int symbol) {
110 Safe.ArgumentAssert(symbol >= 0, "symbol");
111 m_symbolCount = Math.Max(symbol + 1, m_symbolCount);
112 }
113
114 public int[,] CreateTransitionTable() {
115 var table = new int[StateCount,AlphabetSize];
116
117 for (int i = 0; i < StateCount; i++)
118 for (int j = 0; j < AlphabetSize; j++)
119 table[i, j] = AutomatonConst.UNREACHABLE_STATE;
120
121 foreach (var t in this)
122 table[t.s1,t.edge] = t.s2;
123
124 return table;
125 }
126
127 public bool[] CreateFinalStateTable() {
128 var table = new bool[StateCount];
129
130 foreach (var s in FinalStates)
131 table[s] = true;
132
133 return table;
134 }
135
136 /// <summary>Формирует множества конечных состояний перед началом работы алгоритма минимизации.</summary>
137 /// <remarks>
138 /// В процессе построения минимального автомата требуется разделить множество состояний,
139 /// на два подмножества - конечные состояния и все остальные, после чего эти подмножества
140 /// будут резделены на более мелкие. Иногда требуется гарантировать различия конечных сосотяний,
141 /// для этого необходимо переопределить даннцю фукнцию, для получения множеств конечных состояний.
142 /// </remarks>
143 /// <returns>The final states.</returns>
144 protected virtual IEnumerable<HashSet<int>> SplitFinalStates(IEnumerable<int> states) {
145 return new [] { new HashSet<int>(states) };
146 }
147
148 protected void Optimize(
149 IDFATableBuilder optimalDFA,
150 IDictionary<int,int> alphabetMap,
151 IDictionary<int,int> stateMap
152 ) {
153 Safe.ArgumentNotNull(optimalDFA, "dfa");
154 Safe.ArgumentNotNull(alphabetMap, "alphabetMap");
155 Safe.ArgumentNotNull(stateMap, "stateMap");
156
157
158 var setComparer = new CustomEqualityComparer<HashSet<int>>(
159 (x, y) => x.SetEquals(y),
160 s => s.Sum(x => x.GetHashCode())
161 );
162
163 var optimalStates = new HashSet<HashSet<int>>(setComparer);
164 var queue = new HashSet<HashSet<int>>(setComparer);
165
166 optimalStates.Add(new HashSet<int>(FinalStates));
167
168 var state = new HashSet<int>(
169 Enumerable
170 .Range(0, m_stateCount)
171 .Where(i => !m_finalStates.Contains(i))
172 );
173
174 optimalStates.Add(state);
175 queue.Add(state);
176
177 var rmap = m_transitions
178 .GroupBy(t => t.s2)
179 .ToDictionary(
180 g => g.Key, // s2
181 g => g.ToLookup(t => t.edge, t => t.s1)//.ToDictionary(p => p.Key)
182 );
183
184 while (queue.Count > 0) {
185 var stateA = queue.First();
186 queue.Remove(stateA);
187
188 for (int c = 0; c < m_symbolCount; c++) {
189 var stateX = new HashSet<int>();
190 foreach(var a in stateA.Where(rmap.ContainsKey))
191 stateX.UnionWith(rmap[a][c]); // all states from wich the symbol 'c' leads to the state 'a'
192
193 var tmp = optimalStates.ToArray();
194 foreach (var stateY in tmp) {
195 var stateR1 = new HashSet<int>(stateY);
196 var stateR2 = new HashSet<int>(stateY);
197
198 stateR1.IntersectWith(stateX);
199 stateR2.ExceptWith(stateX);
200
201 if (stateR1.Count > 0 && stateR2.Count > 0) {
202
203
204 optimalStates.Remove(stateY);
205 optimalStates.Add(stateR1);
206 optimalStates.Add(stateR2);
207
208 if (queue.Contains(stateY)) {
209 queue.Remove(stateY);
210 queue.Add(stateR1);
211 queue.Add(stateR2);
212 } else {
213 queue.Add(stateR1.Count <= stateR2.Count ? stateR1 : stateR2);
214 }
215 }
216 }
217 }
218 }
219
220 // дополнительно разбиваем конечные состояния
221 foreach (var final in optimalStates.Where(s => s.Overlaps(m_finalStates)).ToArray()) {
222 optimalStates.Remove(final);
223 foreach (var split in SplitFinalStates(final))
224 optimalStates.Add(split);
225 }
226
227
228 // карта получения оптимального состояния по соотвествующему ему простому состоянию
229 var nextState = 0;
230 foreach (var item in optimalStates) {
231 var id = nextState++;
232 foreach (var s in item)
233 stateMap[s] = id;
234 }
235
236 // получаем минимальный алфавит
237 // входные символы не различимы, если Move(s,a1) == Move(s,a2), для любого s
238 // для этого используем алгоритм кластеризации, сначала
239 // считаем, что все символы не различимы
240
241 var minClasses = new HashSet<HashSet<int>>(setComparer);
242 var alphaQueue = new Queue<HashSet<int>>();
243 alphaQueue.Enqueue(new HashSet<int>(Enumerable.Range(0,AlphabetSize)));
244
245 // для всех состояний, будем проверять каждый класс на различимость,
246 // т.е. символы различимы, если они приводят к разным состояниям
247 for (int s = 0 ; s < optimalStates.Count; s++) {
248 var newQueue = new Queue<HashSet<int>>();
249
250 foreach (var A in alphaQueue) {
251 // классы из одного символа делить бесполезно, переводим их сразу в
252 // результирующий алфавит
253 if (A.Count == 1) {
254 minClasses.Add(A);
255 continue;
256 }
257
258 // различаем классы символов, которые переводят в различные оптимальные состояния
259 // optimalState -> alphaClass
260 var classes = new Dictionary<int, HashSet<int>>();
261
262 foreach (var term in A) {
263 // ищем все переходы класса по символу term
264 var s2 = m_transitions.Where(t => stateMap[t.s1] == s && t.edge == term).Select(t => stateMap[t.s2]).DefaultIfEmpty(-1).First();
265
266 HashSet<int> a2;
267 if (!classes.TryGetValue(s2, out a2)) {
268 a2 = new HashSet<int>();
269 newQueue.Enqueue(a2);
270 classes[s2] = a2;
271 }
272 a2.Add(term);
273 }
274 }
275
276 if (newQueue.Count == 0)
277 break;
278 alphaQueue = newQueue;
279 }
280
281 // после окончания работы алгоритма в очереди останутся минимальные различимые классы
282 // входных символов
283 foreach (var A in alphaQueue)
284 minClasses.Add(A);
285
286 // построение отображения алфавитов входных символов.
287 // поскольку символ DFAConst.UNCLASSIFIED_INPUT может иметь
288 // специальное значение, тогда сохраним минимальный класс,
289 // содержащий этот символ на томже месте.
290
291 var nextCls = 0;
292 foreach (var item in minClasses) {
293 if (nextCls == AutomatonConst.UNCLASSIFIED_INPUT)
294 nextCls++;
295
296 // сохраняем DFAConst.UNCLASSIFIED_INPUT
297 var cls = item.Contains(AutomatonConst.UNCLASSIFIED_INPUT) ? AutomatonConst.UNCLASSIFIED_INPUT : nextCls++;
298 optimalDFA.AddSymbol(cls);
299
300 foreach (var a in item)
301 alphabetMap[a] = cls;
302 }
303
304 // построение автомата
305 optimalDFA.SetInitialState(stateMap[m_initialState]);
306
307 foreach (var sf in m_finalStates.Select(s => stateMap[s]).Distinct())
308 optimalDFA.MarkFinalState(sf);
309
310 foreach (var t in m_transitions.Select(t => new AutomatonTransition(stateMap[t.s1],stateMap[t.s2],alphabetMap[t.edge])).Distinct())
311 optimalDFA.Add(t);
312 }
313
314 protected string PrintDFA<TInput, TState>(IAlphabet<TInput> inputAlphabet, IAlphabet<TState> stateAlphabet) {
315 Safe.ArgumentNotNull(inputAlphabet, "inputAlphabet");
316 Safe.ArgumentNotNull(stateAlphabet, "stateAlphabet");
317
318 var data = new List<string>();
319
320 data.Add("digraph dfa {");
321
322 foreach (var final in m_finalStates)
323 data.Add(String.Format("{0} [shape=box];",String.Join("", stateAlphabet.GetSymbols(final))));
324
325 foreach (var t in m_transitions)
326 data.Add(String.Format(
327 "{0} -> {2} [label={1}];",
328 String.Join("", stateAlphabet.GetSymbols(t.s1)),
329 ToLiteral(ToLiteral(String.Join("", t.edge == AutomatonConst.UNCLASSIFIED_INPUT ? new [] { "@" } : inputAlphabet.GetSymbols(t.edge).Select(x => x.ToString())))),
330 String.Join("", stateAlphabet.GetSymbols(t.s2))
331 ));
332 data.Add("}");
333 return String.Join("\n", data);
334 }
335
336 static string ToLiteral(string input)
337 {
338 using (var writer = new StringWriter())
339 {
340 using (var provider = CodeDomProvider.CreateProvider("CSharp"))
341 {
342 provider.GenerateCodeFromExpression(new CodePrimitiveExpression(input), writer, null);
343 return writer.ToString();
344 }
345 }
346 }
347 }
348 }