代写FIT2014 Theory of Computation FINAL EXAM代写留学生Matlab程序

FIT2014 Theory of Computation

FINAL EXAM

(**** DRAFT, v2 ****)

2nd Semester 2017

Question 1                                                                                                       (4 marks)

Suppose we have propositions A, K and L, with the following meanings.

A:    alphaGo is the equal-best Go player in the world.

K:    K¯e Ji´e is the equal-best Go player in the world.

L:    Lee Se-dol is the equal-best Go player in the world.

Use A, K and L to write a proposition that is True if and only if exactly two of alphaGo, K¯e Ji´e and Lee Se-dol are the equal-best Go players in the world.

For full marks, your proposition should be in Conjunctive Normal Form.

Question 2                                                                                                       (3 marks)

Suppose you have predicates computableByGoedel, computableByChurch, and computableByTuring with the following meanings, where variable F : {a, b}*  → N ∪ {0} represents an arbitrary function from finite strings over {a, b} to nonnegative integers:

computableByGoedel(F):   the function F is a recursive function, according to Kurt G¨odel’s definition.

computableByChurch(F):   the function F has a lambda expression, in the sense of Alonzo Church’s Lambda Calculus.

computableByTuring(F):   the function F is computable.

In the space below, write a statement in predicate logic with the meaning:

Every function that satisfies any one of the three definitions of computability — recursive functions (G¨odel), lambda calculus (Church), or Turing computabil- ity — also satisfies each of the others.

To do this, you may only use:  the above three predicates; quantifiers; logical connectives. (In particular, you may not use set theory symbols such as ⊆ , ⊂ , ∩ , ∪, etc, and in fact they would not help.)

Question 3                                                                                                       (6 marks)

Let En  be the following Boolean expression in variables x1 , x2 , . . . , xn :

((···((((¬x1 ∨ x2 ) ∧ ¬x2 ) ∨ x3 ) ∧ ¬x3 )···) ∨ xn ) ∧ ¬xn

For example, E1  = ¬x1 , and E2  = (¬x1  ∨ x2 ) ∧ ¬x2 . In general, En  = (En−1 ∨ xn ) ∧ ¬xn.

Prove by induction on n that, for all n ≥ 1, the expression En  is satisfiable.

Question 4                                                                                                       (4 marks)

Write down all strings of length ≤ 6 that match the following regular expression:

ε ∪ (ab)*b(aaa ∪ bb)*

Question 5                                                                                                       (4 marks)

Let R be any regular expression.

(a)    Give,  in terms of R,  a regular expression for the language of all strings that can be divided into two substrings, each of which matches R.

(b)    Prove that the  language  EVEN(R) of all strings that can be divided into  any  even number of substrings, each of which matches R, is regular.

For example, if R is  a ∪ bb, then the string w = aabba can be divided into four substrings  a,a,bb,a  which each match R. So this w belongs to EVEN(R). The empty string is also in EVEN(R), noting that zero is an even number. But aabb and bbb do not belong to EVEN(R).

Question 6                                                                                                       (8 marks)

(a)    Convert the following Nondeterministic Finite Automaton  (NFA) into an equivalent Deterministic Finite Automaton (FA).

Your FA must be presented by filling in some rows in the following table. You may not need all the rows available.

state

a

b


(b)    Give a regular expression for the language accepted by the above NFA.

(You should not need to apply a general automaton-to-regexp conversion algorithm. Just think about what the automaton does. The equivalent FA should help.)

Question 7                                                                                                       (5 marks)

Give an algorithm which takes, as input, a Finite Automaton represented as a table, and finds another Finite Automaton that accepts the same language as the first one and has the minimum number of states among all FAs that accept that language.

A pseudocode description is fine.

Do not try to write your algorithm as a Turing machine.

Question 8                                                                                                       (12 marks)

Consider the following Pushdown Automaton (PDA), with input alphabet {a,b,c} and extra stack symbols S and $.

(a)    Show that the single-letter string  b  is accepted by this PDA, by giving the sequence of transitions that leads to acceptance of  b.

Use the names of the transitions, i.e., T1, T2, . . ., etc.

(b)   Prove the following statement by induction on n:

For all n ≥ 0:

If the PDA is in State 3, the top symbol on the stack is S, and the remaining input begins with anbcn , then after reading anbcn the PDA is again in State 3 and the stack is the same except that the S on the top has been removed.

(c)   Hence prove that, for all n ≥ 0, the string  anbcn   is accepted by this PDA.

Question 9                                                                                                        (13 marks)

Let GOAL be the language generated by the following Context-Free Grammar:

S → gooXal                   (1)

X → ooXa                      (2)

X → ε                            (3)

GOAL consists of all strings of the form  g(oo)nan l , where n ≥ 1.  The first few strings in this language, in order of increasing length, are:

gooal, gooooaal, gooooooaaal, . . .

(a)     Give a derivation for the string   gooooaal.

Each step in your derivation must be labelled, on its right, by the number of the rule used.

(b)     Give a parse tree for the same string, gooooaal.

(c)     Use the Pumping Lemma for Regular Languages to prove that GOAL is not regular.

Question 10                                                                                                       (2 marks)

The Cocke-Younger-Kasami  (CYK)  algorithm is less efficient than most commonly used parsing algorithms. What is one significant advantage it has over those algorithms?

Question 11                                                                                                       (6 marks)

Consider the following Turing machine.

Trace the execution of this Turing machine, writing your answer in the spaces provided on the next page.

The lines show the configuration of the Turing machine at the start of each step.  For each line, fill in the state and the contents of the tape.  On the tape, you should indicate the currently-scanned character by underlining it, and you should show the first blank character as ∆ (but there is no need to show subsequent blank characters).

You should not need all the lines provided.

To get you started, the first line has been filled in already.

At start of step 1: State: 1 Tape: b b b a ∆

At start of step 2: State: Tape:

At start of step 3: State: Tape:

At start of step 4: State: Tape:

At start of step 5: State: Tape:

At start of step 6: State: Tape:

At start of step 7: State: Tape:

At start of step 8: State: Tape:

At start of step 9: State: Tape:

At start of step 10: State: Tape:

At start of step 11: State: Tape:

At start of step 12: State: Tape:

Question 12                                                                                                       (5 marks)

(a)     Name  three variations on Turing machines that give the same class of computable functions.

(b)    Give  one way  of modifying the  definition of Turing machines so that they can still recognise all regular languages but can no longer recognise all decidable languages.

For full marks, your modification should be as simple as possible.   It should involve altering just one part of the definition of Turing machines.  Replacement of an entire machine by something else is not acceptable.

No proof is required for this question.

Question 13                                                                                                       (4 marks)

For each of the following decision problems, indicate whether or not it is decidable.

You may assume that, when Turing machines are encoded as strings, this is done using the Code-Word Language (CWL).

Decision Problem

your answer

(tick one box in each row)

Input: two Turing machines M1 and M2.

Question: Does M1 eventually halt, when given M2 as input?                  Decidable      Undecidable

Input: two Turing machines M1 and M2.

Question: Does M1 have the same number of states as M2?                   Decidable       Undecidable

Input: two Turing machines M1 and M2.

Question: Is M1 equivalent to M2 (i.e., do M1 and M2 have the same sets of accepted strings and the same sets of rejected strings)?                    Decidable             Undecidable

Input: two Turing machines M1 and M2.

Question: If each machine is given itself as input, does M1 finish before M2?          Decidable       Undecidabl

Question 14                                                                                                       (12 marks)

The Venn diagram on the next page shows several classes of languages.  For each language (a)–(j) in the list below, indicate which classes it belongs to, and which it doesn’t belong to, by placing its corresponding letter in the correct region of the diagram.

If a language does not belong to any of these classes, then place its letter above the top of the diagram.

You may assume that, when Turing machines are encoded as strings, this is done using the Code-Word Language (CWL), with input alphabet {a,b} and tape alphabet {a,b,#,∆}.

(a)     The set of all binary strings.

(b)     The set of all strings in which every a occurs before every b.

(c)     The set of all strings in which a occurs more times than b.

(d)     The set of all strings in which every a occurs before every band ALSO a occurs more times than b.

(e)     The set of adjacency matrices of 2-colourable graphs.

(f)     The set of adjacency matrices of 4-colourable graphs.

(g)    The set of all Boolean expressions in Conjunctive Normal Form (CNF), whether satisfi- able or unsatisfiable.  (Assume the variables are x1 , x2 , . . . , xn , and variable xi  is represented by its index i as a binary positive integer.)

(h)     The set of all encodings of Turing machines that accept regular languages.

(i)     The set of all encodings of Turing machines that accept non-context-free languages.

(j)     The set of all encodings of Turing machines that loop forever for some input.

(k)     The set of all arithmetic expressions involving positive integers, in decimal notation, and addition, subtraction, multiplication and division, but with no parentheses.

(l)     The set of all arithmetic expressions involving positive integers, in decimal notation, and addition, subtraction and parentheses, but no multiplication or division.

Question 15                                                                                                  (8 marks)

Let L and K be languages. Suppose that K is finite and L is neither K nor K.  [corrected]

Definition: The symmetric difference L∆K consists of all strings that belong to L or K , but not both. In other words, L∆K = (L ∪ K) \ (L ∩ K).

(a)   Prove that there exists a mapping reduction from L to L∆K.

(b)   Prove that L is undecidable if and only if L∆K is undecidable.

Question 16                                                                                                       (5 marks)

An enumerator for a language is normally allowed to output a given string in the language more than once. A direct enumerator is an enumerator which never outputs a string more than once.

Prove that if a language has an enumerator then it has a direct enumerator.

Question 17                                                                                                       (11 marks)

A vertex cover in a graph G is a set X of vertices that meets every edge of G.  So, every edge is incident with at least one vertex in X .

The VERTEX COVER decision problem is as follows.

VERTEX COVER

Input: Graph G.

Question: Does G have a vertex cover?

For example, in the following graph, the vertex set {u,w, x} is a vertex cover, and so is {v, w}. But {u,x} is not a vertex cover, since it does not meet every edge.  (Specifically, it misses the diagonal edge c.)

Let W be the above graph.

(a) Construct a Boolean expression EW  in Conjunctive Normal Form such that the satisfying truth assignments for EW  correspond to vertex covers in the above graph W.

(b) Give a polynomial-time reduction from VERTEX COVER to SATISFIABILITY.

Question 18                                                                                                       (8 marks)

Prove that the problem LONG PATH is NP-complete, using reduction from HAMIL- TONIAN PATH. You may assume that HAMILTONIAN PATH is NP-complete.

Definitions:

HAMILTONIAN PATH

Input: Graph G.

Question: Does G have a path that contains every vertex?

LONG PATH

Input: Graph G, with an even number of vertices.

Question: Does G contain a path of length ≥ n/2?

In each of these definitions, n is the number of vertices in the graph G.





热门主题

课程名

mktg2509 csci 2600 38170 lng302 csse3010 phas3226 77938 arch1162 engn4536/engn6536 acx5903 comp151101 phl245 cse12 comp9312 stat3016/6016 phas0038 comp2140 6qqmb312 xjco3011 rest0005 ematm0051 5qqmn219 lubs5062m eee8155 cege0100 eap033 artd1109 mat246 etc3430 ecmm462 mis102 inft6800 ddes9903 comp6521 comp9517 comp3331/9331 comp4337 comp6008 comp9414 bu.231.790.81 man00150m csb352h math1041 eengm4100 isys1002 08 6057cem mktg3504 mthm036 mtrx1701 mth3241 eeee3086 cmp-7038b cmp-7000a ints4010 econ2151 infs5710 fins5516 fin3309 fins5510 gsoe9340 math2007 math2036 soee5010 mark3088 infs3605 elec9714 comp2271 ma214 comp2211 infs3604 600426 sit254 acct3091 bbt405 msin0116 com107/com113 mark5826 sit120 comp9021 eco2101 eeen40700 cs253 ece3114 ecmm447 chns3000 math377 itd102 comp9444 comp(2041|9044) econ0060 econ7230 mgt001371 ecs-323 cs6250 mgdi60012 mdia2012 comm221001 comm5000 ma1008 engl642 econ241 com333 math367 mis201 nbs-7041x meek16104 econ2003 comm1190 mbas902 comp-1027 dpst1091 comp7315 eppd1033 m06 ee3025 msci231 bb113/bbs1063 fc709 comp3425 comp9417 econ42915 cb9101 math1102e chme0017 fc307 mkt60104 5522usst litr1-uc6201.200 ee1102 cosc2803 math39512 omp9727 int2067/int5051 bsb151 mgt253 fc021 babs2202 mis2002s phya21 18-213 cege0012 mdia1002 math38032 mech5125 07 cisc102 mgx3110 cs240 11175 fin3020s eco3420 ictten622 comp9727 cpt111 de114102d mgm320h5s bafi1019 math21112 efim20036 mn-3503 fins5568 110.807 bcpm000028 info6030 bma0092 bcpm0054 math20212 ce335 cs365 cenv6141 ftec5580 math2010 ec3450 comm1170 ecmt1010 csci-ua.0480-003 econ12-200 ib3960 ectb60h3f cs247—assignment tk3163 ics3u ib3j80 comp20008 comp9334 eppd1063 acct2343 cct109 isys1055/3412 math350-real math2014 eec180 stat141b econ2101 msinm014/msing014/msing014b fit2004 comp643 bu1002 cm2030
联系我们
EMail: 99515681@qq.com
QQ: 99515681
留学生作业帮-留学生的知心伴侣!
工作时间:08:00-21:00
python代写
微信客服:codinghelp
站长地图