Exam 2024_retake.txt — anthropic/claude-sonnet-4

Exercise a b c d e f g Total
1: Quiz: Reguläre und kontextfreie Sprachen 2.0/2.0 2.0/2.0 0.0/2.0 2.0/2.0 2.0/2.0 3.0/3.0 0.0/3.0 11.0/16.0
2: DFA-Algorithmen 0.0/6.0 0.0/1.0 4.0/4.0 2.0/2.0 5.0/5.0 11.0/18.0
3: Rekursive Funktionen 1.0/1.0 5.0/6.0 3.0/6.0 9.0/13.0
4: CFG-Algorithmen 2.0/2.0 2.0/2.0 3.0/3.0 3.0/3.0 2.0/3.0 12.0/13.0
5: Verlorene Buchsten 1.0/1.0 0.0/2.0 7.0/7.0 2.0/2.0 10.0/12.0
6: Quiz: Berechenbarkeit und Komplexität 2.0/2.0 2.0/2.0 0.0/2.0 0.0/2.0 2.0/2.0 4.0/4.0 10.0/14.0
7: Reduktion 4.0/4.0 3.0/3.0 7.0/7.0 14.0/14.0
8: Bonus 2.0/2.0 1.0/1.0 2.0/2.0 5.0/5.0
Exam total 82.0/105.0

Exercise 1: Quiz: Reguläre und kontextfreie Sprachen

Teilaufgaben (a-e): Für diese Fragen ist eine Begründung nicht gefordert. Sie erhalten die Punkte auf eine Teilaufgabe genau dann, wenn Sie alle Antwortmöglichkeiten korrekt angekreuzt haben.
Es ist immer mindestens eine Antwortmöglichkeit richtig.

In dieser Aufgabe verwenden wir durchgehend das Alphabet Σ:={a,b}\Sigma := \{a, b\}.

Subproblem a (2.0/2.0P)

Welche der folgenden Sprachen sind Residualsprachen von L((bba)b)L((bba)^*b)?
{b}\{b\}L(ba(bba)bε)L(ba(bba)^*b | \varepsilon)\emptyset

Subproblem b (2.0/2.0P)

Sei LΣL \subseteq \Sigma^* eine Sprache mit LL=ΣLL = \Sigma^*. Welche Aussagen sind wahr?
LL ist unendlichεL\varepsilon \in LLLL=ΣLLL = \Sigma^*

Subproblem c (0.0/2.0P)

Sei LΣL \subseteq \Sigma^* regulär. Welche der folgenden Sprachen sind regulär?
{uRvu,vL}\{u^R v \mid u, v \in L\}{uRuuL}\{u^R u \mid u \in L\}{uvu,vLu=v}\{uv \mid u, v \in L \land |u| = |v|\}
wrong answer for choice (2)

Subproblem d (2.0/2.0P)

Welche der folgenden kontextfreien Grammatiken sind mehrdeutig?
SSSaS \rightarrow SS \mid aSSaSbεS \rightarrow Sa \mid Sb \mid \varepsilonSTTTaTbTabS \rightarrow TT\quad T \rightarrow aT \mid bT \mid a \mid b

Subproblem e (2.0/2.0P)

Sei AΣA \subseteq \Sigma^* regulär und BΣB \subseteq \Sigma^* kontextfrei. Welche der folgenden Sprachen sind kontextfrei?
ABA \cup \overline{B}AB\overline{A} \cup BABAB

Subproblem f (3.0/3.0P)

Geben Sie reguläre Ausdrücke XX, YY, ZZ über Σ\Sigma an, sodass die folgenden Gleichungen erfüllt sind.
XabaXabX \equiv a^*b^*aX \mid ab
Y(ba)aYbbYϵY \equiv (b\mid a)a^*Y \mid bbY \mid \epsilon
Za(ab)ZZ \equiv a^*(a \mid b)Z
X=(aba)abX=(a^*b^*a)^*ab
Y=((ba)abb)Y=((b\mid a)a^* \mid bb)^*
Z=Z=\emptyset

Subproblem g (0.0/3.0P)

Ein NFA (Q,Σ,δ,q0,F)(Q,\Sigma,\delta,q_0,F) heißt reversibel, falls für alle Zustände q1,q2Qq_1, q_2 \in Q und für alle Zeichen xΣx \in \Sigma gilt: Falls q2δ(q1,x)q_2 \in \delta(q_1,x), so q1δ(q2,x)q_1 \in \delta(q_2,x). Mit anderen Worten: Falls man von q1q_1 mit xx in q2q_2 übergehen kann, so kann man auch von q2q_2 mit xx in q1q_1 übergehen.

Gibt es einen reversiblen NFA NN über Σ\Sigma mit L(N)=L((aa)(bb))L(N) = L((aa)^*(bb)^*)? Falls ja, geben Sie einen solchen NFA an; falls nein, beweisen Sie es.
Wahr, reversibler NFAFalsch, Beweis
wrong answer for choice (0)
Yes, there exists a reversible NFA for L((aa)(bb))L((aa)^*(bb)^*).

NFA: N=({q0,q1,q2},{a,b},δ,q0,{q0})N = (\{q_0, q_1, q_2\}, \{a,b\}, \delta, q_0, \{q_0\})

Transition function δ\delta:
- δ(q0,a)={q1}\delta(q_0, a) = \{q_1\}
- δ(q0,b)={q2}\delta(q_0, b) = \{q_2\}  
- δ(q1,a)={q0}\delta(q_1, a) = \{q_0\}
- δ(q1,b)=\delta(q_1, b) = \emptyset
- δ(q2,a)=\delta(q_2, a) = \emptyset
- δ(q2,b)={q0}\delta(q_2, b) = \{q_0\}

This NFA is reversible because for every transition qjδ(qi,x)q_j \in \delta(q_i, x), we have qiδ(qj,x)q_i \in \delta(q_j, x), and it recognizes exactly the strings in (aa)(bb)(aa)^*(bb)^*.

Exercise 2: DFA-Algorithmen


Subproblem a (0.0/6.0P)

Wir betrachten den folgenden NFA NN über dem Alphabet Σ={a,b}\Sigma=\{a,b\}:
Zustände: 0, 1, 2, 3
Startzustand: 0
Finalzustände: 0, 2, 3
Transitionen:
    0, b -> 0
    0, b -> 1
    1, b -> 1
    1, b -> 2
    2, a -> 3
    2, b -> 3
    3, a -> 1
    3, a -> 2
Sei MM der DFA, den man erhält, wenn man NN mithilfe des Verfahrens aus der Vorlesung (Potenzmengenkonstruktion) zu einem DFA konvertiert. Tragen Sie MM in untere Schablone ein, indem Sie (1) die Transitionen beschriften, (2) die Finalzustände markieren, und (3) in der Tabelle rechts für jeden Zustand von MM die korrespondierende Menge an Zuständen aus NN eintragen.
Zustände: q0, q1, q2, q3, q4, q5, q6, q7
Startzustand: q0
Finalzustände: ?
Transitionen:
    q0 -> q1
    q0 -> q4
    q1 -> q2
    q1 -> q4
    q2 -> q3
    q2 -> q5
    q3 -> q3
    q3 -> q7
    q7 -> q7
    q7 -> q7
    q5 -> q4
    q5 -> q6
    q6 -> q5
    q6 -> q7
    q4 -> q4
    q4 -> q4
Zustandstabelle:
    q0:
    q1:
    q2:
    q3:
    q4:
    q5:
    q6:
    q7:
Finalzustände: q0, q1, q2, q3, q4, q5, q6
Transitionen:
    q0, a -> q7
    q0, b -> q1
    q1, a -> q7
    q1, b -> q2
    q2, a -> q3
    q2, b -> q4
    q3, a -> q5
    q3, b -> q7
    q4, a -> q6
    q4, b -> q4
    q5, a -> q3
    q5, b -> q6
    q6, a -> q6
    q6, b -> q6
    q7, a -> q7
    q7, b -> q7
Zustandstabelle:
    q0: 0
    q1: 0, 1
    q2: 0, 1, 2
    q3: 3
    q4: 0, 1, 2, 3
    q5: 1, 2
    q6: 1, 2, 3
    q7: \emptyset
wrong final states (-1P)
11 wrong transitions (-6P)
wrong state sets for [3, 4, 5, 6, 7] (-3P)

Subproblem b (0.0/1.0P)

Ist M minimal? Begründen Sie Ihre Antwort kurz.
JaNein
wrong answer for choice (0)
The DFA M is minimal because no two states are equivalent. Each state has a unique transition pattern - either they differ in finality (q7 vs all others) or they have different transitions for at least one input symbol among the final states.

Subproblem c (4.0/4.0P)

Im Folgenden sind zwei DFAs M1M_1 und M2M_2 angegeben. Berechnen Sie nach dem Algorithmus aus der Vorlesung (Produktkonstruktion) einen DFA MM mit L(M)=L(M1)L(M2)L(M)=L(M_1)\cap L(M_2) und tragen Sie das Ergebnis unten ein. Konstruieren Sie nur die erreichbaren Zustände.
M_1:
Zustände: 0, 1, 2
Startzustand: 0
Finalzustände: 1, 2
Transitionen:
    0, a -> 1
    0, b -> 0
    1, a -> 2
    1, b -> 2
    2, a -> 2
    2, b -> 2
M_2:
Zustände: 0, 1, 2
Startzustand: 0
Finalzustände: 1, 2
Transitionen:
    0, a -> 2
    0, b -> 0
    1, a -> 2
    1, b -> 0
    2, a -> 1
    2, b -> 2
Zustände: (0, 0), (1, 2), (2, 1), (2, 2), (2, 0)
Startzustand: (0, 0)
Finalzustände: (1, 2), (2, 1), (2, 2)
Transitionen:
(0, 0), a -> (1, 2)
(0, 0), b -> (0, 0)
(1, 2), a -> (2, 1)
(1, 2), b -> (2, 2)
(2, 1), a -> (2, 2)
(2, 1), b -> (2, 0)
(2, 2), a -> (2, 1)
(2, 2), b -> (2, 2)
(2, 0), a -> (2, 2)
(2, 0), b -> (2, 0)

Subproblem d (2.0/2.0P)

Geben Sie jeweils ein kürzestes Wort in L(M1)L(M2)L(M_1)\cap L(M_2), L(M1)L(M2)L(M_1)\setminus L(M_2) und L(M2)L(M1)L(M_2)\setminus L(M_1) an, oder \emptyset, falls kein solches Wort existiert.

Hinweis: Verwenden Sie Ihr Ergebnis aus c).
L(M1)L(M2)L(M_1)\cap L(M_2): aa
L(M1)L(M2)L(M_1)\setminus L(M_2): aabaab
L(M2)L(M1)L(M_2)\setminus L(M_1): \emptyset

Subproblem e (5.0/5.0P)

Sei L{a,b,c}L\subseteq\{a,b,c\}^* eine Sprache. Wir definieren die Sprache Rc(L){a,b}R_{c}(L)\subseteq\{a,b\}^* als die Menge der Wörter, die man erhält, wenn man aus jedem Wort von LL jedes Zeichen cc löscht.
Zum Beispiel gilt Rc({ba,bca,cc,ca})={ba,ε,a}R_{c}(\{ba, bca, cc, ca\})=\{ba,\varepsilon,a\}.

Sei MM ein DFA mit nn Zuständen. Wählen Sie eine Funktion f:NNf:\N\rightarrow\N, sodass es einen DFA MM' für Rc(L(M))R_{c}(L(M)) mit höchstens f(n)f(n) Zuständen gibt und beschreiben Sie einen Algorithmus, um MM' zu berechnen uns argumentieren Sie, wieso MM' höchstens f(n)f(n) Zustände hat.
Ihre Wahl: f(n):=2nf(n):=2^n
Begründung:

Algorithmus:
1. Definiere für jede Menge S von Zuständen die c-Hülle: c-closure(S) = {q | q ist von einem Zustand in S durch eine Folge von c-Transitionen erreichbar}

2. Die Zustände von M' sind Teilmengen der Zustände von M. Der Startzustand ist c-closure({q₀}), wobei q₀ der Startzustand von M ist.

3. Für jeden Zustand S von M' und jedes Symbol a ∈ {a,b} ist die Transition: δ'(S,a) = c-closure({δ(q,a) | q ∈ S und δ(q,a) ist definiert})

4. Ein Zustand S ist final in M', wenn S mindestens einen Finalzustand von M enthält.

5. Konstruiere nur die erreichbaren Zustände.

Begründung für f(n) = 2^n:
Jeder Zustand von M' entspricht einer Teilmenge der Zustände von M. Da M genau n Zustände hat, gibt es höchstens 2^n verschiedene Teilmengen und damit höchstens 2^n Zustände in M'. Die Konstruktion ist eine Verallgemeinerung der Teilmengenkonstruktion: Wir verfolgen simultan alle möglichen Läufe von M auf Wörtern, die durch Einfügen beliebiger c-Zeichen aus dem aktuell gelesenen Präfix entstehen können.

Diese Schranke ist scharf erreichbar, da in pathologischen Fällen tatsächlich alle 2^n Teilmengen als Zustände benötigt werden können.

Exercise 3: Rekursive Funktionen

Sei Σ:={0,1}\Sigma:=\{0,1\}. Für eine Sprache LΣL\subseteq\Sigma^* bezeichnet N(L)N(L) die Sprache, die man erhält, wenn man den Wörtern aus LL höchstens eine Null an einer beliebigen Stelle hinzufügt. Formal definieren wir
N(L):={vxwv,wΣx{0,ε}vwL}N(L):= \{vxw \mid v,w\in \Sigma^*\wedge x\in \{0,\varepsilon\}\wedge vw\in L\}

Subproblem a (1.0/1.0P)

Listen Sie alle Wörter der Sprache N({01,0})N(\{01, 0\}) explizit auf:
N({01,0})={0,00,01,001,010}N(\{01, 0\})=\{0, 00, 01, 001, 010\}

Subproblem b (5.0/6.0P)

Geben Sie eine rekursive Funktion Null\Null an, sodass Null(r)\Null(r) ein regulärer Ausdruck mit L(Null(r))=N(L(r))L(\Null(r)) = N(L(r)) ist, für jeden regulären Ausdruck rr. Im Folgenden sind r,r1,r2r,r_1,r_2 reguläre Ausdrücke, und aΣa\in \Sigma.
Null():=\Null(\emptyset) := \emptyset
Null(ϵ):=ϵ0\Null(\epsilon) := \epsilon \mid 0
Null(a):=a0aa0\Null(a) := a \mid 0a \mid a0
Null(r1r2):=Null(r1)Null(r2)\Null(r_1 \mid r_2) := \Null(r_1) \mid \Null(r_2)
Null(r1r2):=Null(r1)r2r10r2r1Null(r2)\Null(r_1 r_2) := \Null(r_1) r_2 \mid r_1 0 r_2 \mid r_1 \Null(r_2)
Null(r):=r(Null(r)0)r\Null(r^*) := r^* (\Null(r) \mid 0) r^*

Subproblem c (3.0/6.0P)

Gegeben sei die folgende rekursive Funktion über dem Alphabet Σ:={0,1}\Sigma:=\{0,1\}:
Cut():=\Cut(\emptyset) := \emptyset
Cut(0):=\Cut(0) := \emptyset
Cut(r1r2):=Cut(r1)Cut(r2)\Cut(r_1 \mid r_2) := \Cut(r_1) \mid \Cut(r_2)
Cut(r):=rCut(r)\Cut(r^*) := r^*\Cut(r)
Cut(ϵ):=\Cut(\epsilon) := \emptyset
Cut(1):=ϵ\Cut(1) := \epsilon
Cut(r1r2):=Cut(r1)r1Cut(r2)\Cut(r_1 r_2) := \Cut(r_1)\mid r_1\Cut(r_2)

Per struktureller Induktion über rr lässt sich zeigen, dass für alle u,vΣu,v\in\Sigma^* mit u1vL(r)u1v\in L(r) gilt, dass uL(Cut(r))u\in L(\Cut(r)).

Vervollständigen Sie den Beweis für den Fall r=r1r2r=r_1r_2. Ergänzen Sie die Induktionshypothese(n) und führen Sie dann den Beweis. Kennzeichnen Sie Verwendungen der Induktionshypothesen im Beweis deutlich.

Zu zeigen: Für alle u1vL(r1r2)u1v\in L(r_1r_2) mit u,vΣu,v\in\Sigma^* gilt uL(Cut(r1r2))u\in L(\Cut(r_1r_2)).
Induktionshypothese(n) für den Fall r=r1r2r=r_1r_2:
- Für alle u,vΣu,v\in\Sigma^* mit u1vL(r1)u1v\in L(r_1) gilt uL(Cut(r1))u\in L(\Cut(r_1)) (IH für r1r_1)
- Für alle u,vΣu,v\in\Sigma^* mit u1vL(r2)u1v\in L(r_2) gilt uL(Cut(r2))u\in L(\Cut(r_2)) (IH für r2r_2)

Beweis des Falls r=r1r2r=r_1r_2:
Sei u1vL(r1r2)u1v\in L(r_1r_2) mit u,vΣu,v\in\Sigma^*. 

Da u1vL(r1r2)u1v\in L(r_1r_2), existieren w1L(r1)w_1\in L(r_1) und w2L(r2)w_2\in L(r_2) mit u1v=w1w2u1v = w_1w_2.

Wir betrachten zwei Fälle:

Fall 1: Die „1" liegt in w1w_1.
Dann ist w1=u1xw_1 = u1x für ein xΣx\in\Sigma^* und w2=yvw_2 = yv für ein yΣy\in\Sigma^* mit xy=εxy = \varepsilon (da w1w2=u1vw_1w_2 = u1v).
Also x=y=εx = y = \varepsilon, somit w1=u1w_1 = u1 und w2=vw_2 = v.

Da w1=u1L(r1)w_1 = u1\in L(r_1), folgt mit der Induktionshypothese für r1r_1 (angewandt auf u,εu,\varepsilon), dass uL(Cut(r1))u\in L(\Cut(r_1)).

Daher uL(Cut(r1))L(Cut(r1)r1Cut(r2))=L(Cut(r1r2))u\in L(\Cut(r_1)) \subseteq L(\Cut(r_1) \mid r_1\Cut(r_2)) = L(\Cut(r_1r_2)).

Fall 2: Die „1" liegt in w2w_2.
Dann ist w1=uw_1 = u und w2=1vw_2 = 1v.

Da w2=1vL(r2)w_2 = 1v\in L(r_2), folgt mit der Induktionshypothese für r2r_2 (angewandt auf ε,v\varepsilon,v), dass εL(Cut(r2))\varepsilon\in L(\Cut(r_2)).

Da w1=uL(r1)w_1 = u\in L(r_1) und εL(Cut(r2))\varepsilon\in L(\Cut(r_2)), folgt uL(r1Cut(r2))u\in L(r_1\Cut(r_2)).

Daher uL(r1Cut(r2))L(Cut(r1)r1Cut(r2))=L(Cut(r1r2))u\in L(r_1\Cut(r_2)) \subseteq L(\Cut(r_1) \mid r_1\Cut(r_2)) = L(\Cut(r_1r_2)).

In beiden Fällen gilt uL(Cut(r1r2))u\in L(\Cut(r_1r_2)).

Exercise 4: CFG-Algorithmen

In den Teilaufgaben (a)-(d) geht es darum, eine kontextfreie Grammatik (CFG) in Chomsky-Normalform (CNF) zu konvertieren. Wir führen jeden Schritt einzeln aus, und jeweils auf einer anderen Grammatik – Sie können also die Aufgabenteile unabhängig voneinander bearbeiten.

Eine CFG G=(V,Σ,P,S)G=(V,\Sigma,P,S) ist in CNF, wenn jede Produktion (Xα)P(X\rightarrow\alpha)\in P, mit XVX\in V und α(ΣV)\alpha\in(\Sigma\cup V)^*, folgende Bedingungen erfüllt:
(1) αΣV\alpha\in\Sigma\cup V^*; Terminale dürfen nur in Produktionen der Länge 1 erzeugt werden.
(2) α2|\alpha|\le2; jede Produktion hat höchstens Länge 22.
(3) αε\alpha\ne\varepsilon; es gibt keine ε\varepsilon-Produktionen.
(4) αV\alpha\notin V; es gibt keine Kettenproduktionen.

Achtung: Die Teilaufgaben fragen jeweils spezifisch nach dem Ergebnis, das sich durch die Ausführung des Algorithmus aus der Vorlesung ergibt, nicht nach einer beliebigen äquivalenten CFG, die den Bedingungen genügt. Details, wie etwa die Namen der Variablen oder die Reihenfolge, in der Produktionen betrachtet werden, können Sie frei wählen.
Wir nennen AϵA \rightarrow \epsilon eine ϵ\epsilon-Produktion.
\begin{Lemma}
Zu jeder CFG G=(V,Σ,P,S)G = (V,\Sigma,P,S) kann man eine CFG GG' konstruieren, die keine ϵ\epsilon-Produktionen enthält, so dass gilt
L(G)=L(G){ϵ}L(G') = L(G)\setminus\{\epsilon\}
\end{Lemma}
Wir erweitern PP induktiv zu eine Obermenge P^\hat{P}:
\begin{enumerate}
\item Jede Produktion aus PP ist in P^\hat{P}
\item Sind \alert{BϵB \rightarrow \epsilon} und \alert{AαBβA \rightarrow \alpha B \beta} in P^\hat{P}, so füge auch \alert{AαβA \rightarrow \alpha\beta} hinzu.
\end{enumerate}
Offensichtlich gilt L(G^)=L(G)L(\hat{G}) = L(G): Jede neue Produktion kann von 2 alten Productionensimuliert werden.

Wir definieren GG' als G^\hat{G} ohne die ϵ\epsilon-Produktionen. Denn diese sind nun überflüssig.

Wir nennen ABA \rightarrow B eine Kettenproduktion.
\begin{Lemma}
Zu jeder CFG G=(V,Σ,P,S)G = (V,\Sigma,P,S) kann man eine CFG GG' konstruieren, die keine Kettenproduktionen enthält, so dass gilt L(G)=L(G)L(G') = L(G).
\end{Lemma}
\begin{Beweis}
Wir erweitern PP induktiv zu eine Obermenge P^\hat{P}:
\begin{enumerate}
\item Jede Produktion aus PP ist in P^\hat{P}
\item Sind \alert{ABA \rightarrow B} und \alert{BαB \rightarrow \alpha} in P^\hat{P} mit αA\alpha \neq A, so füge auch \alert{AαA \rightarrow \alpha} hinzu.
\end{enumerate}
Das Ergebnis GG' ist G^\hat{G} ohne die (nun überflüssigen) Kettenproduktionen.

\paragraph{Konstruktion einer Chomsky-Normalform}

Eingabe: Eine kontextfreie Grammatik G=(V,Σ,P,S)G = (V,\Sigma,P,S)
\begin{enumerate}
\item Füge für jedes aΣa\in\Sigma, das in einer rechten Seite der Länge 2\geq2 vorkommt, ein neues Nichtterminal AaA_a zu VV hinzu, ersetze aa in allen rechten Seiten der Länge 2\geq 2 durch AaA_a, und füge AaaA_a\rightarrow a zu PP hinzu.
\item Ersetze jede Produktion der Form
AB1B2Bk(k3)A\rightarrow B_1B_2 \cdots B_k (k \geq 3)
durch
AB1C2, C2B2C3,...,Ck1Bk1BkA \rightarrow B_1C_2,\ C_2 \rightarrow B_2C_3, ..., C_{k-1} \rightarrow B_{k-1}B_k 
wobei C2,...,Ck1C_2, ..., C_{k-1} neue Nichtterminale sind.
\item Eliminiere alle ϵ\epsilon-Produktionen.
\item Eliminiere alle Kettenproduktionen.
\end{enumerate}

Subproblem a (2.0/2.0P)

Entfernen von Terminalen in langen Produktionen. Die CFG GaG_a ist gegeben durch folgende Produktionen:
SaXXaabS \rightarrow aX \mid Xa \mid ab
XSSSεbXXX \rightarrow SS \mid S \mid \varepsilon \mid bXX
Führen Sie den ersten Schritt des Algorithmus zur Überführung in CNF aus und geben Sie die Produktionen einer CFG GaG'_a an, so dass L(Ga)=L(Ga)L(G_a) = L(G'_a) gilt und GaG'_a Bedingung (1) erfüllt.
SAaXXAaAaAbS \rightarrow A_a X \mid X A_a \mid A_a A_b
XSSSεAbXXX \rightarrow SS \mid S \mid \varepsilon \mid A_b XX
AaaA_a \rightarrow a
AbbA_b \rightarrow b

Subproblem b (2.0/2.0P)

Entfernen langer Produktionen. Die CFG GbG_b ist gegeben durch die folgenden Produktionen:
SABAAεS \rightarrow A \mid BAA \mid \varepsilon
ASABBaA \rightarrow SABB \mid a
BASbB \rightarrow AS \mid b
Führen Sie den zweiten Schritt des Algorithmus zur Überführung in CNF aus und geben Sie die Produktionen einer CFG GbG'_b an, so dass L(Gb)=L(Gb)L(G_b) = L(G'_b) und GbG'_b Bedingungen (1) und (2) erfüllt.
SABC1εS \rightarrow A \mid BC_1 \mid \varepsilon
ASC2aA \rightarrow SC_2 \mid a
BASbB \rightarrow AS \mid b
C1AAC_1 \rightarrow AA
C2AC3C_2 \rightarrow AC_3
C3BBC_3 \rightarrow BB

Subproblem c (3.0/3.0P)

Entfernen von ε\varepsilon-Produktionen. Die CFG GcG_c ist gegeben durch folgende Produktionen:
SABDES \rightarrow AB \mid DE
AABaεA \rightarrow AB \mid a \mid \varepsilon
BbBBDB \rightarrow b \mid BB \mid D
CAcC \rightarrow A \mid c
DBCBSD \rightarrow BC \mid BS
ESSCAE \rightarrow SS \mid CA
Führen Sie den dritten Schritt des Algorithmus zur Überführung in CNF aus. Geben Sie die Produktionen einer CFG GcG'_c an, so dass L(Gc)=L(Gc)L(G_c) = L(G'_c) und GcG'_c Bedingungen (1), (2) und (3) erfüllt.
SABDEBS \rightarrow AB \mid DE \mid B
AABaBA \rightarrow AB \mid a \mid B
BbBBDB \rightarrow b \mid BB \mid D
CAcC \rightarrow A \mid c
DBCBSBD \rightarrow BC \mid BS \mid B
ESSCAACE \rightarrow SS \mid CA \mid A \mid C
removed: {('S', ('D',))}

Subproblem d (3.0/3.0P)

Entfernen von Kettenproduktionen. Die CFG GdG_d ist gegeben durch die Produktionen:
SaBABS \rightarrow a \mid BA \mid B
AaAAA \rightarrow a \mid AA
BbSCAB \rightarrow b \mid SC \mid A
CBSSC \rightarrow B \mid SS
Führen Sie den vierten Schritt des Algorithmus zur Überführung in CNF aus und geben Sie die Produktionen einer CFG GdG'_d in CNF an, so dass L(Gd)=L(Gd)L(G_d) = L(G'_d) gilt.
SaBAbSCAAS \rightarrow a \mid BA \mid b \mid SC \mid AA
AaAAA \rightarrow a \mid AA
BbSCaAAB \rightarrow b \mid SC \mid a \mid AA
CSSbSCaAAC \rightarrow SS \mid b \mid SC \mid a \mid AA

Subproblem e (2.0/3.0P)

Die CFG GG ist gegeben durch die Produktionen:
SABCS \rightarrow AB\mid C
AaAASA \to aA \mid AS
BbSB \to bS
CaCbεC \to aCb \mid \varepsilon
Geben Sie die erzeugenden, erreichbaren und nützlichen Nichtterminale von GG an.
Erzeugend: S,B,CS, B, C
Erreichbar: S,A,B,CS, A, B, C
Nützlich: S,B,CS, B, C
2: mismatch

Exercise 5: Verlorene Buchsten

Sei Σ:={a,b}\Sigma:=\{a,b\}. Für eine Sprache LΣL\subseteq\Sigma^* bezeichnet Del(L)\Del(L) die Sprache,
die man erhält, wenn man den Wörtern aus LL genau einmal das Wort abab an einer beliebigen Stelle entfernt. Formal definieren wir
Del(L):={vwv,wΣvabwL}\Del(L):= \{vw \mid v,w\in \Sigma^* \wedge vabw\in L\}

Subproblem a (1.0/1.0P)

Listen Sie alle Wörter der Sprache Del({abbaba,baa,ab,a,b})\Del(\{abbaba,baa,ab,a,b\}) explizit auf:
Del({abbaba,baa,ab,a,b})={ε,abba,baba}\Del(\{abbaba,baa,ab,a,b\}) = \{\varepsilon, abba, baba\}

Subproblem b (0.0/2.0P)

Wir definieren DelTwo(L):={uvwu,v,wΣuabvabwL}\DelTwo(L):=\{uvw \mid u,v,w\in \Sigma^* \wedge u ab v ab w\in L \}. Zeigen Sie oder widerlegen Sie mit einem Gegenbeispiel: Für jede endliche Sprache LΣL\subseteq\Sigma^* gilt
Del(Del(L))=DelTwo(L)\Del(\Del(L))=\DelTwo(L).
WahrFalsch
The statement is false. I provide a counterexample:

Let L={ababaabab}L = \{ababaabab\}.

Computing Del(L)\Del(L): The word ababaababababaabab has abab at positions 0-1, 2-3, 5-6, and 7-8. Removing one occurrence gives us Del(L)={abaabab,ababab}\Del(L) = \{abaabab, ababab\}.

Computing Del(Del(L))\Del(\Del(L)): 
- From abaabababaabab: removing one abab gives {aabab,abaab}\{aabab, abaab\}
- From abababababab: removing one abab gives {abab}\{abab\}

So Del(Del(L))={aabab,abaab,abab}\Del(\Del(L)) = \{aabab, abaab, abab\}.

Computing DelTwo(L)\DelTwo(L): From ababaababababaabab, removing two occurrences of abab simultaneously gives us all possible combinations of removing 2 out of 4 occurrences, resulting in DelTwo(L)={aabab,abaab,ababa}\DelTwo(L) = \{aabab, abaab, ababa\}.

Since Del(Del(L))={aabab,abaab,abab}{aabab,abaab,ababa}=DelTwo(L)\Del(\Del(L)) = \{aabab, abaab, abab\} \neq \{aabab, abaab, ababa\} = \DelTwo(L), the statement is false.

Subproblem c (7.0/7.0P)

Sei G=(V,Σ,P,S)G=(V,\Sigma,P,S) eine kontextfreie Grammatik in Chomsky-Normalform. Wir möchten eine kontextfreie Grammatik G=(V,Σ,P,S)G'=(V',\Sigma,P',S') konstruieren, sodass L(G)=Del(L(G))L(G')=\Del(L(G)) gilt. Hierzu setzen wir
V:=V{XabXV}{XaXV}{XbXV}V':= V\cup \{X_{ab}\mid X\in V\}\cup \{X_a\mid X\in V\}\cup \{X_b\mid X\in V\}
wobei Xab,Xa,XbVX_{ab},X_a,X_b\notin V für alle XVX\in V. Definieren Sie nun PP' und SS', sodass
1. LG(X)=LG(X)L_{G'}(X)=L_G(X)
2. LG(Xab)=Del(LG(X))L_{G'}(X_{ab})=\Del(L_G(X))
3. LG(Xa)={wΣwaLG(X)}L_{G'}(X_{a})=\{w\in\Sigma^*\mid wa\in L_G(X)\}
4. LG(Xb)={wΣbwLG(X)}L_{G'}(X_{b})=\{w\in\Sigma^*\mid bw\in L_G(X)\}
für alle XVX\in V gilt. Geben Sie die Produktionen PP' präzise an; vermeiden Sie unstrukturierten Fließtext.

Hinweis: GG ist in CNF, hat also keine ε\varepsilon-Produktionen. GG' muss nicht in CNF sein.
Startsymbol S:=SabS' := S_{ab}
Produktionen PP':
- All productions from PP: XYZX \to YZ and XaX \to a for all such productions in PP
- For each XYZPX \to YZ \in P:
  - XabYabZX_{ab} \to Y_{ab}Z
  - XabYZabX_{ab} \to YZ_{ab}
  - XabYaZbX_{ab} \to Y_aZ_b
- For each XYZPX \to YZ \in P:
  - XaYZaX_a \to YZ_a
  - If ZaPZ \to a \in P, then XaYX_a \to Y
- For each XYZPX \to YZ \in P:
  - XbYbZX_b \to Y_bZ
  - If YbPY \to b \in P, then XbZX_b \to Z
- For each XaPX \to a \in P:
  - XaεX_a \to \varepsilon
- For each XbPX \to b \in P:
  - XbεX_b \to \varepsilon

Subproblem d (2.0/2.0P)

Wenden Sie Ihre Konstruktion auf das Beispiel G:=({S,A},{a,b},P,S)G:=(\{S,A\},\{a,b\},P,S) an, wobei PP gegeben ist durch:
SSAaAabS\to SA\mid a\qquad A\to a\mid b
Hinweis: Falls ein Nichtterminal nicht auf der linken Seite einer Produktion vorkommt, lassen Sie das entsprechende Feld leer.
Startsymbol S:=SabS':=S_{ab}
Produktionen PP':
SSAaS\rightarrow SA\mid a
SabSabASAabSaAbS_{ab}\rightarrow S_{ab}A\mid SA_{ab}\mid S_aA_b
SaSAaSεS_a\rightarrow SA_a\mid S\mid\varepsilon
SbSbAS_b\rightarrow S_bA
AabA\rightarrow a\mid b
AabA_{ab}\rightarrow 
AaεA_a\rightarrow \varepsilon
AbεA_b\rightarrow \varepsilon
1 mistakes

Exercise 6: Quiz: Berechenbarkeit und Komplexität

Teilaufgaben (a-e): Für diese Fragen ist eine Begründung nicht gefordert. Sie erhalten die Punkte auf eine Teilaufgabe genau dann, wenn Sie alle Antwortmöglichkeiten korrekt angekreuzt haben.
Es ist immer mindestens eine Antwortmöglichkeit richtig.
In dieser Aufgabe verwenden wir durchgehend das Alphabet Σ:={0,1}\Sigma := \{0, 1\}.

Subproblem a (2.0/2.0P)

Sei LL eine kontextfreie Sprache. Welche Aussagen sind wahr?
LL ist entscheidbarL\overline{L} ist entscheidbarLL ist semi-entscheidbar

Subproblem b (2.0/2.0P)

Seien L1,L2ΣL_1,L_2\subseteq\Sigma^* entscheidbare Sprachen. Welche der folgenden Sprachen sind entscheidbar?
L1L2L_1\cap L_2L1L2L_1\setminus L_2L1L2L_1L_2

Subproblem c (0.0/2.0P)

Sei L{0}L\subseteq\{0\}^* unentscheidbar. Welche der folgenden Funktionen f:NNf:\N\rightarrow\N sind berechenbar?
f(n):=LΣnf(n):=|L\cap \Sigma^n|f(n):=min{kN:0kL}f(n):=\min\{k\in\N: 0^k\in L\}f(n):=1f(n):=1, falls 0nL0^n\in L, sonst f(n):=0f(n):=0
wrong answer for choice (1)

Subproblem d (0.0/2.0P)

Seien A,BΣA,B\subseteq\Sigma^* Sprachen mit ApSATpBA\le_p\SAT\le_p B. Welche Aussagen sind wahr?
ANPA\in\NPBNPB\in\NPBB ist NP-hartApBA\le_p B
wrong answer for choice (0)

Subproblem e (2.0/2.0P)

Sei LΣ{#}ΣL\subseteq \Sigma^*\{\#\}\Sigma^* eine Sprache, sodass LPL\in\P; LL enthält also Wörter der Form u#vu\#v, mit u,vΣu,v\in\Sigma^*. Welche der folgenden Sprachen sind in NP\NP?
LL{uvΣ:u#vL}\{u\mid\exists v\in\Sigma^*:u\#v\in L\}{uvΣ:u#vLu=v}\{u\mid\exists v\in\Sigma^*:u\#v\in L\wedge |u|=|v|\}

Subproblem f (4.0/4.0P)

Sei LNPL\in\NP. Zeigen oder widerlegen Sie: LNPL^*\in\NP.
Ja, Beweis:Nein, Gegenbeispiel:
Since LNPL \in \NP, there exists a polynomial-time verifier VV and polynomial pp such that xL    yx \in L \iff \exists y with yp(x)|y| \leq p(|x|) such that V(x,y)=1V(x,y) = 1.

I construct an NP verifier for LL^*:

Input: (w,cert)(w, cert) where cert=(pos,y1,,yk)cert = (pos, y_1, \ldots, y_k)
- pospos encodes split positions in ww  
- yiy_i are certificates for pieces wiw_i

Algorithm:
1. Split ww into w1,,wkw_1, \ldots, w_k using pospos
2. For each ii, verify V(wi,yi)=1V(w_i, y_i) = 1
3. Accept iff all verifications succeed

Certificate length: certw+i=1kp(wi)|cert| \leq |w| + \sum_{i=1}^k p(|w_i|)

Since i=1kwi=w\sum_{i=1}^k |w_i| = |w| and p(n)=ndp(n) = n^d, by convexity the sum i=1kwid\sum_{i=1}^k |w_i|^d is maximized when one piece has length w|w| and others are empty (or length 1 in our context). Thus i=1kp(wi)wd\sum_{i=1}^k p(|w_i|) \leq |w|^d.

Therefore certw+wd|cert| \leq |w| + |w|^d, which is polynomial in w|w|.

Hence LNPL^* \in \NP.

Exercise 7: Reduktion

Nehmen Sie PNP\P\ne\NP an. Entscheiden Sie unter dieser Annahme, welche der folgenden Aussagen gelten. Die Aussagen sind von der Gestalt „ApBA\le_p B“ für  Entscheidungsprobleme A,BA, B. Wenn die Aussage gilt, dann müssen Sie (1) eine präzise definierte Reduktionsfunktion angeben und (2) die Reduktionsfunktion auf die gegebene Instanz von Problem AA anwenden. Die Korrektheit der Reduktion müssen Sie nur skizzieren. Wenn die Aussage nicht gilt, dann müssen Sie dies beweisen.

Subproblem a (4.0/4.0P)

Sei G=(V,E)G=(V, E) ein ungerichteter Graph. Ein Hamilton-Pfad von GG ist eine Permutation v1,,vnv_1,\dotsc,v_n der Knoten von VV mit {vi,vi+1}E\{v_i, v_{i+1}\} \in E für jedes i{1,...,n1}i \in \{1, ..., n-1\}. Ein Hamilton-Kreis von GG ist ein Hamilton-Pfad von GG, der zusätzlich {vn,v1}E\{v_n, v_1\} \in E erfüllt.

Sei HAMILTON-PFAD das Entscheidungsproblem, ob ein gegebener ungerichteter Graph einen Hamilton-Pfad hat. Sei HAMILTON-KREIS das Entscheidungsproblem, ob ein gegebener ungerichteter Graph einen Hamilton-Kreis hat.

Aussage: HAMILTON-PFAD p\le_p HAMILTON-KREIS

Falls die Aussage gilt: Wenden Sie Ihre Reduktion auf folgende Instanz von HAMILTON-PFAD an.
Knoten: A, B, C, D, E
Kanten:
    A -- B
    A -- C
    B -- C
    C -- D
    C -- E
    D -- E
Die Aussage giltDie Aussage gilt nicht
Reduction function: Given graph G = (V, E), construct G' = (V ∪ {w}, E ∪ {(w,v) : v ∈ V}) where w is a new vertex connected to all vertices in V.

Application to given instance:
- Original graph G has vertices {A, B, C, D, E} and edges {AB, AC, BC, CD, CE, DE}
- Constructed graph G' has vertices {A, B, C, D, E, W} and edges {AB, AC, BC, CD, CE, DE, WA, WB, WC, WD, WE}
- Since G has Hamiltonian path A → B → C → D → E, then G' has Hamiltonian cycle A → B → C → D → E → W → A

Correctness sketch: G has a Hamiltonian path iff G' has a Hamiltonian cycle, because any Hamiltonian cycle in G' using the new vertex w corresponds to a Hamiltonian path in G, and vice versa.

Subproblem b (3.0/3.0P)

Sei CFG-LEERHEIT das Entscheidungsproblem, ob eine gegebene kontextfreie Grammatik GG kein Wort erzeugt, also ob L(G)=L(G)=\emptyset gilt.

Aussage: 3KNF-SAT p\leq_p CFG-LEERHEIT

Falls die Aussage gilt: Wenden Sie Ihre Reduktion auf folgende Instanz von 3KNF-SAT an.
(x1¬x2x3)(¬x1x2x3)(x_1\vee\neg x_2\vee x_3)\wedge(\neg x_1\vee x_2\vee x_3)
Die Aussage giltDie Aussage gilt nicht
Proof that the statement does not hold:

CFG-LEERHEIT is in P, as there exists a polynomial-time algorithm to determine whether a context-free grammar generates the empty language.

3KNF-SAT is NP-complete.

If 3KNF-SAT ≤_p CFG-LEERHEIT existed, then since CFG-LEERHEIT ∈ P and polynomial reductions preserve membership in P, we would have 3KNF-SAT ∈ P.

Since 3KNF-SAT is NP-complete, 3KNF-SAT ∈ P would imply P = NP.

This contradicts our assumption that P ≠ NP.

Therefore, the reduction 3KNF-SAT ≤_p CFG-LEERHEIT cannot exist under the assumption P ≠ NP.

Subproblem c (7.0/7.0P)

EXAKTE-ÜBERDECKUNG ist das folgende Entscheidungsproblem:

Eingabe: Eine endliche Menge M={m1,...,mk}M=\{m_1, ..., m_k\} und eine Menge T={T1,...,Tn}T=\{T_1, ..., T_n\}  von Teilmengen von MM.

Ausgabe: Enthält TT eine exakte Überdeckung von MM, d.h. gibt es eine Menge STS \subseteq T, sodass jedes Element von MM in genau einer der Teilmengen in SS vorkommt?

Aussage: EXAKTE-ÜBERDECKUNG p\leq_p SAT

Falls die Aussage gilt: Wenden Sie Ihre Reduktion auf folgende Instanz von EXAKTE-ÜBERDECKUNG an.
M{1,2,3,4}M\coloneqq\{1,2,3,4\}
T{T1,T2,T3,T4,T5}T\coloneqq\{T_1,T_2,T_3,T_4,T_5\}
wobei
T1{1}T_1\coloneqq\{1\},
T2{1,3}T_2\coloneqq\{1,3\},
T3{1,2,3}T_3\coloneqq\{1,2,3\},
T4{2,4}T_4\coloneqq\{2,4\},
T5T_5\coloneqq\emptyset.
Die Aussage giltDie Aussage gilt nicht
Reduction function: Given EXAKTE-ÜBERDECKUNG instance (M, T) with M = {m₁, ..., mₖ} and T = {T₁, ..., Tₙ}, construct SAT formula φ as follows:
- For each Tᵢ ∈ T, introduce Boolean variable xᵢ
- For each element mⱼ ∈ M, let I(mⱼ) = {i : mⱼ ∈ Tᵢ}
- φ = ⋀_{mⱼ ∈ M} [(⋁_{i ∈ I(mⱼ)} xᵢ) ∧ ⋀_{i,i' ∈ I(mⱼ), i≠i'} (¬xᵢ ∨ ¬xᵢ')]

Application to given instance:
Variables: x₁, x₂, x₃, x₄, x₅

For element 1: (x₁ ∨ x₂ ∨ x₃) ∧ (¬x₁ ∨ ¬x₂) ∧ (¬x₁ ∨ ¬x₃) ∧ (¬x₂ ∨ ¬x₃)
For element 2: (x₃ ∨ x₄) ∧ (¬x₃ ∨ ¬x₄)
For element 3: (x₂ ∨ x₃) ∧ (¬x₂ ∨ ¬x₃)
For element 4: x₄

Resulting SAT formula:
φ = (x₁ ∨ x₂ ∨ x₃) ∧ (¬x₁ ∨ ¬x₂) ∧ (¬x₁ ∨ ¬x₃) ∧ (¬x₂ ∨ ¬x₃) ∧ (x₃ ∨ x₄) ∧ (¬x₃ ∨ ¬x₄) ∧ (x₂ ∨ x₃) ∧ (¬x₂ ∨ ¬x₃) ∧ x₄

Correctness sketch: The exact cover exists iff φ is satisfiable. The "at least one" clauses ensure every element is covered, while the "at most one" clauses ensure no element is covered twice. The reduction runs in polynomial time.

Exercise 8: Bonus

Mindestens eine Antwortmöglichkeit ist immer richtig.

Subproblem a (2.0/2.0P)

Sei Σ:={a,b,c}\Sigma := \{a,b,c\}. Welche der folgenden Sprachen sind NICHT regulär? Kreuzen Sie alle zutreffenden an. Wählen Sie anschließend eine solche Sprache und beweisen Sie, dass diese nicht regulär ist.
{wΣ:wabawa}\{w\in\Sigma^*:|w|_{aba}\ne|w|_{a}\}({wΣ:w=wR})\big(\{w\in\Sigma^*:w=w^R\}\big)^*{aibjck:(i1j=k)i,j,k0}\{a^ib^jc^k:(i\ne 1\vee j=k)\wedge i,j,k\ge0\}
Beweis für Sprache 3:

Sei L={aibjck:(i1j=k)i,j,k0}L = \{a^ib^jc^k:(i\ne 1\vee j=k)\wedge i,j,k\ge0\}.

Angenommen LL ist regulär. Da reguläre Sprachen unter Durchschnitt abgeschlossen sind und abcab^*c^* regulär ist, wäre auch LabcL \cap ab^*c^* regulär.

Berechnen wir LabcL \cap ab^*c^*:
Labc={abjck:(11j=k)j,k0}L \cap ab^*c^* = \{ab^jc^k : (1 \neq 1 \vee j = k) \wedge j,k \geq 0\}

Da 111 \neq 1 falsch ist, reduziert sich die Bedingung zu j=kj = k:
Labc={abjcj:j0}L \cap ab^*c^* = \{ab^jc^j : j \geq 0\}

Diese Sprache ist jedoch nicht regulär. Dies kann mit dem Pumping-Lemma gezeigt werden:

Sei pp die Pumping-Länge und betrachte das Wort w=abpcpLabcw = ab^pc^p \in L \cap ab^*c^*.
Nach dem Pumping-Lemma existiert eine Zerlegung w=xyzw = xyz mit xyp|xy| \leq p, y>0|y| > 0, sodass xyizLabcxy^iz \in L \cap ab^*c^* für alle i0i \geq 0.

Da xyp|xy| \leq p und ww mit aa beginnt, gefolgt von pp Kopien von bb, muss y=bky = b^k für ein k>0k > 0 sein.

Dann ist xy0z=abpkcpxy^0z = ab^{p-k}c^p. Für dieses Wort gilt j=pkp=kj = p-k \neq p = k, also ist xy0zLabcxy^0z \notin L \cap ab^*c^*.

Dies ist ein Widerspruch, also ist LabcL \cap ab^*c^* nicht regulär.

Da der Durchschnitt einer regulären Sprache mit einer regulären Sprache regulär sein muss, kann LL nicht regulär sein.

Subproblem b (1.0/1.0P)

Sei Σ:={a,b}\Sigma := \{a,b\}. Für welche der folgenden Sprachen LL gilt LLRL\ne L^R ? Geben Sie außerdem für jede Sprache LL, die Sie gewählt haben, ein Wort ww an, das in genau einer der Sprachen L,LRL,L^R enthalten ist.

Hinweis: Um das Feld leerzulassen, geben Sie - an.
L(bab)L(b^*a^*b){wΣ:wwR}\{w\in\Sigma^*:w\ne w^R\}{uavv:u,vΣ}\{uavv:u,v\in\Sigma^*\}
1: aabaab
2: -
3: bababaabababaa

Subproblem c (2.0/2.0P)

Welche der folgenden Sprachen über Σ:={0,1}\Sigma:=\{0,1\} sind unentscheidbar? Kreuzen Sie alle zutreffenden an. Wählen Sie anschließend eine solche Sprache und beweisen Sie, dass sie unentscheidbar ist.
{wΣ:L(Mw)2=25}\{w\in\Sigma^*:|L(M_w)|^2=25\}{wΣ:L(Mw)2=50}\{w\in\Sigma^*:|L(M_w)|^2=50\}{wΣ:L(Mw)2=100}\{w\in\Sigma^*:|L(M_w)|^2=100\}
Beweis für Sprache 1:

Wir zeigen, dass die Sprache L1={wΣ:L(Mw)=5}L_1 = \{w\in\Sigma^*:|L(M_w)|=5\} unentscheidbar ist, indem wir das Halteproblem auf L1L_1 reduzieren.

Das Halteproblem ist: Gegeben eine Turingmaschine MM und eine Eingabe xx, hält MM bei Eingabe xx?

Sei (M,x)(M,x) eine Instanz des Halteproblems. Wir konstruieren eine Turingmaschine MM', sodass:
- Falls MM bei Eingabe xx hält, dann L(M)=5|L(M')| = 5
- Falls MM bei Eingabe xx nicht hält, dann L(M)5|L(M')| \neq 5

Konstruktion von MM':
MM' bei Eingabe ww:
1. Falls w{0,00,000,0000}w \in \{0, 00, 000, 0000\}, akzeptiere.
2. Falls w=1w = 1, simuliere MM auf Eingabe xx. Falls MM hält, akzeptiere. Andernfalls laufe unendlich.
3. Für alle anderen Eingaben, verwerfe.

Analyse:
- Falls MM bei Eingabe xx hält: L(M)={0,00,000,0000,1}L(M') = \{0, 00, 000, 0000, 1\}, also L(M)=5|L(M')| = 5.
- Falls MM bei Eingabe xx nicht hält: L(M)={0,00,000,0000}L(M') = \{0, 00, 000, 0000\}, also L(M)=45|L(M')| = 4 \neq 5.

Damit gilt: (M,x)(M,x) \in Halteproblem ML1\Leftrightarrow \langle M' \rangle \in L_1.

Da das Halteproblem unentscheidbar ist und wir eine Reduktion vom Halteproblem auf L1L_1 konstruiert haben, ist L1L_1 unentscheidbar.