Uma abordagem quântica para o uso de expressões regulares.
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2008 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG |
Texto Completo: | http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/10572 |
Resumo: | As expressões regulares (ER) são conceitos abstratos da Teoria da Computação amplamente utilizados nas tarefas de processamento de texto e casamento de padrão que são aplicadas em diversas áreas, tais como, biologia computacional, processamento de sinais, recuperação de textos, reconhecimento de escrita a mão, reconhecimento de padrões, entre outras. As abordagens clássicas existentes para sua utilização possuem duas fases: i) a transformação da expressão regular em autômato finito, determinístico (AFD) ou não-determinístico (AFN); e ii) a implementação (codificação e simulação) do autômato em hardware clássico. No entanto, essas abordagens são ineficientes na execução de uma de suas fases, seja em relação ao tempo ou ao espaço utilizados. Este trabalho propõe uma abordagem quântica alternativa às abordagens clássicas para o uso de expressões regulares. Na abordagem proposta, a fase de transformação é dividida em duas: a transformação ER-AFN clássica é mantida e introduzse a transformação do AFN em um autômato finito quântico (AFQ) através da aplicação do algoritmo desenvolvido e apresentado neste trabalho. Esse algoritmo utiliza um modelo de AFQ que reconhece a classe das linguagens regulares (AFQ Ancilla). A transformação é feita em tempo polinomial e preserva o número de estados do AFN, eliminando tanto a ineficiência no uso da memória que resultava da transformação clássica AFN-AFD, quanto a posterior necessidade de minimização. Para a fase de implementação do autômato, é proposto um arcabouço para descrever um autômato finito quântico através da linguagem de circuitos quânticos, utilizando um número de portas polinomialmente proporcional à quantidade de estados do autômato e ao tamanho da palavra de entrada. Assim, a abordagem quântica é computacionalmente eficiente pois ambas as fases possuem complexidade polinomial, tanto de tempo quanto de espaço. |
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Uma abordagem quântica para o uso de expressões regulares.A quantum approach to using expressions regular.Teoria da ComputaçãoComputação QuânticaExpressão RegularAutômato FinitoComputer TheoryQuantum ComputationRegular ExpressionFinite AutomatonCiência da ComputaçãoAs expressões regulares (ER) são conceitos abstratos da Teoria da Computação amplamente utilizados nas tarefas de processamento de texto e casamento de padrão que são aplicadas em diversas áreas, tais como, biologia computacional, processamento de sinais, recuperação de textos, reconhecimento de escrita a mão, reconhecimento de padrões, entre outras. As abordagens clássicas existentes para sua utilização possuem duas fases: i) a transformação da expressão regular em autômato finito, determinístico (AFD) ou não-determinístico (AFN); e ii) a implementação (codificação e simulação) do autômato em hardware clássico. No entanto, essas abordagens são ineficientes na execução de uma de suas fases, seja em relação ao tempo ou ao espaço utilizados. Este trabalho propõe uma abordagem quântica alternativa às abordagens clássicas para o uso de expressões regulares. Na abordagem proposta, a fase de transformação é dividida em duas: a transformação ER-AFN clássica é mantida e introduzse a transformação do AFN em um autômato finito quântico (AFQ) através da aplicação do algoritmo desenvolvido e apresentado neste trabalho. Esse algoritmo utiliza um modelo de AFQ que reconhece a classe das linguagens regulares (AFQ Ancilla). A transformação é feita em tempo polinomial e preserva o número de estados do AFN, eliminando tanto a ineficiência no uso da memória que resultava da transformação clássica AFN-AFD, quanto a posterior necessidade de minimização. Para a fase de implementação do autômato, é proposto um arcabouço para descrever um autômato finito quântico através da linguagem de circuitos quânticos, utilizando um número de portas polinomialmente proporcional à quantidade de estados do autômato e ao tamanho da palavra de entrada. Assim, a abordagem quântica é computacionalmente eficiente pois ambas as fases possuem complexidade polinomial, tanto de tempo quanto de espaço.Regular expressions (ER) are abstract concepts from Computing Theory widely used in text processing and pattern matching tasks applied in numerous areas, such as, computational biology, signal processing, text retrieving, handwriting recognition, pattern recognition, etc. The classical approaches for their use have two phases: i) transformation from regular expression to finite automata, where the automata can be deterministic (AFD) or non-deterministic (AFN); and ii) automata implementation (codification and simulation) in classical hardware. However, both phases contain inefficiencies related to time or space consumed in their run. This work proposes a quantum approach alternative to the classical ones for regular expression usage. In the proposed approach, the transformation phase is divided into two steps: the classical conversion ER-AFN continues and it is introduced the transformation from AFN to quantum finite automata (AFQ), by using the algorithm developed and presented in this work. This algorithm uses an AFQ model that recognizes the regular language classes, the AFQ Ancilla model. The transformation is carried out in polynomial time and it preserves the AFN’s number of states, eliminating both the memory inefficiency resulting from AFN-AFD classical conversion, and the later minimization need. In automata implementation phase, it is proposed a framework to describe a quantum finite automata through the quantum circuits language, using a polynomial number of gates proportional to automata number of states and input word size.CapesUniversidade Federal de Campina GrandeBrasilCentro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEIPÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃOUFCGLULA JÚNIOR, Bernardo.LULA JR, B.http://lattes.cnpq.br/1465309727421021GUERRERO , Dalton Dario Serey.COSTA, Antonio Carlos da Rocha.ISIDRO, Cheyenne Ribeiro Guedes.2008-02-292020-01-02T11:04:16Z2020-01-022020-01-02T11:04:16Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/10572ISIDRO, C. R. G. Uma abordagem quântica para o uso de expressões regulares. 2008. 80 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Pós-Graduação em Ciência da Computação, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2008. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/10572porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCGinstname:Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)instacron:UFCG2022-03-28T17:55:33Zoai:localhost:riufcg/10572Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bdtd.ufcg.edu.br/PUBhttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/oai/requestbdtd@setor.ufcg.edu.br || bdtd@setor.ufcg.edu.bropendoar:48512022-03-28T17:55:33Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG - Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)false |
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As expressões regulares (ER) são conceitos abstratos da Teoria da Computação amplamente utilizados nas tarefas de processamento de texto e casamento de padrão que são aplicadas em diversas áreas, tais como, biologia computacional, processamento de sinais, recuperação de textos, reconhecimento de escrita a mão, reconhecimento de padrões, entre outras. As abordagens clássicas existentes para sua utilização possuem duas fases: i) a transformação da expressão regular em autômato finito, determinístico (AFD) ou não-determinístico (AFN); e ii) a implementação (codificação e simulação) do autômato em hardware clássico. No entanto, essas abordagens são ineficientes na execução de uma de suas fases, seja em relação ao tempo ou ao espaço utilizados. Este trabalho propõe uma abordagem quântica alternativa às abordagens clássicas para o uso de expressões regulares. Na abordagem proposta, a fase de transformação é dividida em duas: a transformação ER-AFN clássica é mantida e introduzse a transformação do AFN em um autômato finito quântico (AFQ) através da aplicação do algoritmo desenvolvido e apresentado neste trabalho. Esse algoritmo utiliza um modelo de AFQ que reconhece a classe das linguagens regulares (AFQ Ancilla). A transformação é feita em tempo polinomial e preserva o número de estados do AFN, eliminando tanto a ineficiência no uso da memória que resultava da transformação clássica AFN-AFD, quanto a posterior necessidade de minimização. Para a fase de implementação do autômato, é proposto um arcabouço para descrever um autômato finito quântico através da linguagem de circuitos quânticos, utilizando um número de portas polinomialmente proporcional à quantidade de estados do autômato e ao tamanho da palavra de entrada. Assim, a abordagem quântica é computacionalmente eficiente pois ambas as fases possuem complexidade polinomial, tanto de tempo quanto de espaço. |
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