Regulated rewriting in formal language theory

Thesis (MSc (Mathematical Sciences))--University of Stellenbosch, 2008.Context-free grammars are well-studied and well-behaved in terms of decidability, but many real-world problems cannot be described with context-free grammars. Grammars with regulated rewriting are grammars with mechanisms to regulate the applications of rules, so that certain derivations are avoided. Thus, with context-free rules and regulated rewriting mechanisms, one can often generate languages that are not context-free. In this thesis we study grammars with regulated rewriting mechanisms. We consider problems in which context-free grammars are insufficient and in which more descriptive grammars are required. We compare bag context grammars with other well-known classes of grammars with regulated rewriting mechanisms. We also discuss the relation between bag context grammars and recognizing devices such as counter automata and Petri net automata. We show that regular bag context grammars can generate any recursively enumerable language. We reformulate the pumping lemma for random permitting context languages with context-free rules, as introduced by Ewert and Van der Walt, by using the concept of a string homomorphism. We conclude the thesis with decidability and complexity properties of grammars with regulated rewriting

Inklusion von Patternsprachen und verwandte Probleme

A pattern is a word that consists of variables and terminal symbols. The pattern language that is generated by a pattern A is the set of all terminal words that can be obtained from A by uniform replacement of variables with terminal words. For example, the pattern A = a x y a x (where x and y are variables, and the letter a is a terminal symbol) generates the set of all words that have some word a x both as prefix and suffix (where these two occurrences of a x do not overlap). Due to their simple definition, pattern languages have various connections to a wide range of other areas in theoretical computer science and mathematics. Among these areas are combinatorics on words, logic, and the theory of free semigroups. On the other hand, many of the canonical questions in formal language theory are surprisingly difficult. The present thesis discusses various aspects of the inclusion problem of pattern languages. It can be divide in two parts. The first one examines the decidability of pattern languages with a limited number of variables and fixed terminal alphabets. In addition to this, the minimizability of regular expressions with repetition operators is studied. The second part deals with descriptive patterns, the smallest generalizations of arbitrary languages through pattern languages ("smallest" with respect to the inclusion relation). Main questions are the existence and the discoverability of descriptive patterns for arbitrary languages.Ein Pattern ist ein Wort aus Variablen und Terminalsymbolen. Die von einem Pattern A erzeugte Patternsprache ist die Menge aller Terminalwörter, die durch eine uniforme Ersetzung der Variablen in A durch Terminalwörter erzeugt werden können. So beschreibt das Pattern A = a x y a x (wobei x und y Variablen sind und a ein Terminal ist) die Menge aller Wörter, die ein Wort der Form a x sowohl als Präfix, als auch als Suffix haben (ohne dass sich diese beiden Vorkommen von a x überlappen). Wegen ihrer einfachen Definition besitzen Patternsprachen eine Vielzahl von Verbindungen zu verschiedenen anderen Gebieten der theoretischen Informatik und Mathematik, unter anderem zur Wortkombinatorik, Logik und der Theorie freier Halbgruppen. Andererseits führen viele der üblichen sprachtheoretischen Fragestellungen bei Patternsprachen zu kombinatorischen Problemen von überraschender Schwierigkeit. Die vorliegende Dissertation widmet sich verschiedenen Aspekten des Inklusionsproblems von Patternsprachen und kann in zwei Teile unterteilt werden. Der erste Teil untersucht die Entscheidbarkeit des Inklusionsproblems für Sprachen, die von Pattern mit beschränkter Variablenzahl über Terminalalphabeten von beschränkter Größe erzeugt werden. Darüber hinaus werden verschiedene Aspekte der Minimierbarkeit von regulären Ausdrücken mit Rückreferenzen betrachtet. Der zweite Teil der Dissertation handelt von deskriptiven Pattern; d.h. denjenigen Pattern, die die (hinsichtlich der Inklusion) kleinsten Verallgemeinerungen einer gegebenen Sprache erzeugen. Hauptfragen sind hierbei die Existenz und die Auffindbarkeit deskriptiver Pattern für beliebige Sprachen

26. Theorietag Automaten und Formale Sprachen 23. Jahrestagung Logik in der Informatik: Tagungsband

Der Theorietag ist die Jahrestagung der Fachgruppe Automaten und Formale Sprachen der Gesellschaft für Informatik und fand erstmals 1991 in Magdeburg statt. Seit dem Jahr 1996 wird der Theorietag von einem eintägigen Workshop mit eingeladenen Vorträgen begleitet. Die Jahrestagung der Fachgruppe Logik in der Informatik der Gesellschaft für Informatik fand erstmals 1993 in Leipzig statt. Im Laufe beider Jahrestagungen finden auch die jährliche Fachgruppensitzungen statt. In diesem Jahr wird der Theorietag der Fachgruppe Automaten und Formale Sprachen erstmalig zusammen mit der Jahrestagung der Fachgruppe Logik in der Informatik abgehalten. Organisiert wurde die gemeinsame Veranstaltung von der Arbeitsgruppe Zuverlässige Systeme des Instituts für Informatik an der Christian-Albrechts-Universität Kiel vom 4. bis 7. Oktober im Tagungshotel Tannenfelde bei Neumünster. Während des Tre↵ens wird ein Workshop für alle Interessierten statt finden. In Tannenfelde werden • Christoph Löding (Aachen) • Tomás Masopust (Dresden) • Henning Schnoor (Kiel) • Nicole Schweikardt (Berlin) • Georg Zetzsche (Paris) eingeladene Vorträge zu ihrer aktuellen Arbeit halten. Darüber hinaus werden 26 Vorträge von Teilnehmern und Teilnehmerinnen gehalten, 17 auf dem Theorietag Automaten und formale Sprachen und neun auf der Jahrestagung Logik in der Informatik. Der vorliegende Band enthält Kurzfassungen aller Beiträge. Wir danken der Gesellschaft für Informatik, der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und dem Tagungshotel Tannenfelde für die Unterstützung dieses Theorietags. Ein besonderer Dank geht an das Organisationsteam: Maike Bradler, Philipp Sieweck, Joel Day. Kiel, Oktober 2016 Florin Manea, Dirk Nowotka und Thomas Wilk