Introducing the Concept of Activation and Blocking of Rules in the General Framework for Regulated Rewriting in Sequential Grammars

We introduce new possibilities to control the application of rules based on the preceding application of rules which can be de ned for a general model of sequential grammars and we show some similarities to other control mechanisms as graph-controlled grammars and matrix grammars with and without applicability checking as well as gram- mars with random context conditions and ordered grammars. Using both activation and blocking of rules, in the string and in the multiset case we can show computational com- pleteness of context-free grammars equipped with the control mechanism of activation and blocking of rules even when using only two nonterminal symbols

Petri net controlled grammars

Different types of regulated grammars have been introduced in order to supplement shortcomings of context-free grammars in applications preserving their elegant mathematical properties. However, the rapid developments in present day industry, biology, and other areas challenge to deal with various tasks which need suitable tools for their modelling and investigation. We propose Petri net controlled grammars as models for representing and analyzing of metabolic pathways in living cells where Petri nets are responsible for the structure and communication of the pathways, and grammars represent biochemical processes. On the other hand, the control by Petri nets has also theoretical interest: it extends possibilities to introduce and investigate concurrent control mechanisms in formal language theory. The thesis introduces various variants of Petri net controlled grammars using different types of Petri nets and investigates their mathematical properties such as computational power and closure properties.Los diferentes tipos de gramáticas con reescritura regulada han sido introducidas para complementar las deficiencias de las gramáticas libres del contexto en las aplicaciones, preservando sus propiedades matemáticas. Por otro lado, la rápida evolución la biología, y otras áreas actuales supone un reto para tratar de las tareas varias que necesitan las herramientas adecuadas para la elaboración de modelos e investigación. Proponemos gramáticas controladas por redes de Petri como modelos para representar y analizar los procesos bioquímicos en las células vivas donde redes de Petri son responsables de la estructura, y gramáticas representan los procesos generativos. Además, el control de redes de Petri también tiene interés teórico: amplía las posibilidades de investigar los mecanismos de control concurrente en la teoría de lenguajes formales. La tesis presenta distintas variantes de gramáticas controladas por redes de Petri e investiga sus propiedades matemáticas

Regulated Grammar Systems

Práce poskytuje přehled základů teorie formálních jazyků, regulovaných gramatik a analýzy LL(1) jazyků. Je zde navržen a analyzován algoritmus pro analýzu programovaných gramatik, inspirován LL(1) analyzátorem. Třída jazyků přijímaná tímto algoritmem je striktní nadtřídou LL(1) jazyků, obsahující některé jazyky, které nejsou bezkontextové. Tato třída se však jeví být neporovnatelná s třídou bezkontextových jazyků.This thesis recaps a basic theory of formal languages, regulated grammars, and the parsing of LL(1) languages. An algorithm for parsing programmed grammars inspired by LL(1) parsing is suggested and analyzed. The class of languages accepted by this algorithm is shown to be a strict superclass of LL(1) languages, containing some non-context-free languages. However, this class appears to be incomparable with the class of context-free languages.

On Erasing Rules in Regulated Grammars

V této práci je diskutován vliv vymazávacích pravidel na generativní sílu řízených gramatik, což je velký otevřený problém teorie řízeného přepisování. Tato práce studuje možnost odstranění vymazávacích pravidel z těchto gramatik tak, že shromažďuje aktuální výsledky na toto téma a přináší novou podmínku, nazvanou k-limitované vymazávání, která zaručuje, že jsme bez vlivu na generovaný jazyk schopni odstranit všechna vymazávací pravidla z libovolné bezkontextové gramatiky řízené regulárním jazykem splňující tuto podmínku. Tento výsledek je částečným řešením výše zmíněného problému. Mimoto je prezentován nový algoritmus k odstranění vymazávacích pravidel z bezkontextových gramatik, který nepotřebuje předurčovat tzv. epsilon-neterminály (na rozdíl od standardního algoritmu používaného v učebnicích). V závěru je zhodnocen přínos těchto výsledků pro syntaktickou analýzu.This work discusses the effect of erasing rules to the generative power of regulated grammars, which is a big open problem in the theory of regulated rewriting. It studies the possibility of removal of erasing rules from regulated grammars by aggregation of current, up-to-date results concerning this elimination and by presentation of a new condition, called k-limited erasing, under which all erasing rules can be always removed from regularly controlled context-free grammars without affecting their generative power. This result partially solves the abovementioned problem. Moreover, a new algorithm for elimination of erasing rules from context-free grammars is presented. This algorithm does not require any predetermination of so called epsilon-nonterminals (in contrast to the standard algorithm used in textbooks). In the conclusion, a significance of these results concerning syntactical analysis is discussed.

Communication in membrana Systems with symbol Objects.

Esta tesis está dedicada a los sistemas de membranas con objetos-símbolo como marco teórico de los sistemas paralelos y distribuidos de procesamiento de multiconjuntos.Una computación de parada puede aceptar, generar o procesar un número, un vector o una palabra; por tanto el sistema define globalmente (a través de los resultados de todas sus computaciones) un conjunto de números, de vectores, de palabras (es decir, un lenguaje), o bien una función. En esta tesis estudiamos la capacidad de estos sistemas para resolver problemas particulares, así como su potencia computacional. Por ejemplo, las familias de lenguajes definidas por diversas clases de estos sistemas se comparan con las familias clásicas, esto es, lenguajes regulares, independientes del contexto, generados por sistemas 0L tabulados extendidos, generados por gramáticas matriciales sin chequeo de apariciones, recursivamente enumerables, etc. Se prestará especial atención a la comunicación de objetos entre regiones y a las distintas formas de cooperación entre ellos.Se pretende (Sección 3.4) realizar una formalización los sistemas de membranas y construir una herramienta tipo software para la variante que usa cooperación no distribuida, el navegador de configuraciones, es decir, un simulador, en el cual el usuario selecciona la siguiente configuración entre todas las posibles, estando permitido volver hacia atrás. Se considerarán diversos modelos distribuidos. En el modelo de evolución y comunicación (Capítulo 4) separamos las reglas tipo-reescritura y las reglas de transporte (llamadas symport y antiport). Los sistemas de bombeo de protones (proton pumping, Secciones 4.8, 4.9) constituyen una variante de los sistemas de evolución y comunicación con un modo restrictivo de cooperación. Un modelo especial de computación con membranas es el modelo puramente comunicativo, en el cual los objetos traspasan juntos una membrana. Estudiamos la potencia computacional de las sistemas de membranas con symport/antiport de 2 o 3 objetos (Capítulo 5) y la potencia computacional de las sistemas de membranas con alfabeto limitado (Capítulo 6).El determinismo (Secciones 4.7, 5.5, etc.) es una característica especial (restrictiva) de los sistemas computacionales. Se pondrá especial énfasis en analizar si esta restricción reduce o no la potencia computacional de los mismos. Los resultados obtenidos para sistemas de bombeo del protones están transferidos (Sección 7.3) a sistemas con catalizadores bistabiles. Unos ejemplos de aplicación concreta de los sistemas de membranas (Secciones 7.1, 7.2) son la resolución de problemas NP-completos en tiempo polinomial y la resolución de problemas de ordenación.This thesis deals with membrane systems with symbol objects as a theoretical framework of distributed parallel multiset processing systems.A halting computation can accept, generate or process a number, a vector or a word, so the system globally defines (by the results of all its computations) a set of numbers or a set of vectors or a set of words, (i.e., a language), or a function. The ability of these systems to solve particular problems is investigated, as well as their computational power, e.g., the language families defined by different classes of these systems are compared to the classical ones, i.e., regular, context-free, languages generated by extended tabled 0L systems, languages generated by matrix grammars without appearance checking, recursively enumerable languages, etc. Special attention is paid to communication of objects between the regions and to the ways of cooperation between the objects.An attempt to formalize the membrane systems is made (Section 3.4), and a software tool is constructed for the non-distributed cooperative variant, the configuration browser, i.e., a simulator, where the user chooses the next configuration among the possible ones and can go back. Different distributed models are considered. In the evolution-communication model (Chapter 4) rewriting-like rules are separated from transport rules. Proton pumping systems (Sections 4.8, 4.9) are a variant of the evolution-communication systems with a restricted way of cooperation. A special membrane computing model is a purely communicative one: the objects are moved together through a membrane. We study the computational power of membrane systems with symport/antiport of 2 or 3 objects (Chapter 5) and the computational power of membrane systems with a limited alphabet (Chapter 6).Determinism (Sections 4.7, 5.5, etc.) is a special property of computational systems; the question of whether this restriction reduces the computational power is addressed. The results on proton pumping systems can be carried over (Section 7.3) to the systems with bi-stable catalysts. Some particular examples of membrane systems applications are solving NP-complete problems in polynomial time, and solving the sorting problem