构造LR预测分析表:FIRST与FOLLOW集

1. FIRST 集

顾名思义,"第一个" + "集合",也就是

FIRST(A) 表示 A 所能推导出的串的首终结符构成的集合

举个例:

cpp 复制代码
有文法:
	A ------> aB
那么 FIRST(A) = {a},因为
	A ------> a...

那么如何求解呢?分三种情况:

  • 能推出空串:

    本文中我用 '' 表示空串

    cpp 复制代码
    A ------> B | ''
    那么 '' 应该被加入到 FIRST(A) 中
    
    注:
    如果有
    	A ------> B
    	B ------> ''
    那么 A 也能推出空串,也就是说:
    '' 应该被加入到 FIRST(A) 中。
  • 产生式体的首字符为非终结符:

    cpp 复制代码
    A ------> B
    A 能推导出的串显然依赖于 B,因此
    FIRST(B) 应该被加入到 FIRST(A) 中
    或者说 FIRST(A) = FIRST(B)
  • 产生式体的首字符为终结符:

    cpp 复制代码
    A ------> aB
    无论 B 能推导出什么,显然 
    A 能推导出的串的首字符一定是 a;
    因此 a 应该被加入到 FIRST(A) 中。
    
    '这也可以换一种理解方式':
    FIRST(A) = FIRST(aB) =
    FIRST(a) = { a }

来个综合的例子:

cpp 复制代码
(0) E ------> TG
(1) G ------> +TG | ''
(2) T ------> FU 
(3) U ------> *FU | ''
(4) F ------> (E) | id

对于(1)式,由于 E 的产生式体的首字符为非终结符 T,因此有 FIRST(E) = FIRST(T)

同理(2)式有 FIRST(T) = FIRST(F),也就是

FIRST(E) = FIRST(T) = FIRST(F)

那么看 F 的产生式(4)式,由于其产生式体首字符都是终结符,因此 FIRST(F) = { (, id },也就是说

FIRST(E) = FIRST(T) = FIRST(F) = { (, id }

现在还剩(1)、(3)式,两个产生式形式基本相同:产生式体首字符是终结符,能推导出空串,因此:

FIRST(G) = { +, '' }
FIRST(U) = { *, '' }

FIRST集计算完毕。


2. FOLLOW 集

**"跟在后面的" + "集合",也就是

FOLLOW(A) 表示能出现在 A 的后面的第一个终结符集合

比如

cpp 复制代码
A ------> Ba
对于 B 而言,在这个产生式中,
B 后面紧跟的第一个终结符为 a,
因此 a 应加入 FOLLOW(B)

求解方式分四种:

  • 应将 $ 加入开始符号的 FOLLOW 集

    $ 表示输入结束标记字符

    cpp 复制代码
    S ------> A
    A ------> a
    那么 $ 应加入 FOLLOW(S)
  • 后面紧跟着终结符

    cpp 复制代码
    S ------> Aa
    那么 a 应加入 FOLLOW(A)
  • 后面紧跟着非终结符

    cpp 复制代码
    S ------> AB
    由于 A 后面是 B,那么
    FIRST(B) 应加入 FOLLOW(A) 中
  • 产生式体末尾是非终结符

    cpp 复制代码
    S ------> ABC
    C ------> ''
    
    1. FOLLOW(S) 应加入到 FOLLOW(C) 中;
    
    由于 S ------> ABC,那么 S 等价于就是 ABC,
    显然 FOLLOW(S) 应加入到 FOLLOW(C) 中; 
    但注意 FOLLOW(S) 不一定等于 FOLLOW(C)。
    "一种理解方式":
    S 和 C 都是 S 文法定义的语言的某语法成分,
    但是 S 显然比 C 更大;
    如果 C 只出现在 S 的末尾,
    那么 FOLLOW(C) = FOLLOW(S);
    但如果 C 还出现在了 S 的中间,比如
    	S ------> ACBC
    那么可能有 FOLLOW(S) < FOLLOW(B) 
    
    2. 如果 
    	C 能推出空串 (或者 '' 属于 FIRST(C))
    那么 
    	FOLLOW(S) 应加入 FOLLOW(B) 中。
    
    当 C ------> '' 时,那么 S 等价于 AB,因此 
    FOLLOW(B) 应加入到 FOLLOW(A) 中。
    
    3. 依次类推,直到出现
       第一个不能推出空串的非终结符

同样的例子:

cpp 复制代码
(0) E ------> TG
(1) G ------> +TG | ''
(2) T ------> FU 
(3) U ------> *FU | ''
(4) F ------> (E) | id

FOLLOW集 的分析比 FIRST集 复杂得多,一不小心就容易漏掉个别情况。对此我建议采用以下方法进行求解:

  • 先将 $ 加入 FOLLOW(开始符号)
  • 分析产生式右部
  • 分析产生式整体
  • 从 (0) - (4) 依次分析,如果有 FOLLOW集 改变,执行依次更新操作
  • 将 $ 加入 FOLLOW(开始符号)

    FOLLOW(E) = { $ }

  • 分析产生式(0)的右部

    cpp 复制代码
    TG

    由于 T 后面紧跟的是非终结符 G,因此 FIRST(G) = { +, '' } 应加入 FOLLOW(T)

    FOLLOW(T) = { + }

  • 分析产生式 (0) 的整体

    cpp 复制代码
    E ------> TG

    由于 E 相当于 TG,因此 FOLLOW(E) 应加入 FOLLOW(G)

    FOLLOW(G) = { $ }

    为了避免忘记,你自己在分析时做相应的标记,方便后续的分析

    此外,由于 G 能推出空串 ,因此 E 也相当于 T,所以 FOLLOW(E) 应加入 FOLLOW(T)

    FOLLOW(T) = { $, + }

  • 分析产生式(1)

    cpp 复制代码
    +TG | ''
    空串在 FOLLOW集 中没有分析的必要,因此只需要分析:
    +TG

    由于 "+TG" 与 "TG" 在形式上基本相同(G都紧跟在T后面,并且G都在末尾),因此(1)的分析结果与(0)的分析结果相同,跳过

    你可以自行验证

  • 分析(2)的右部

    cpp 复制代码
    FU 

    与(0)的右部分析类似:FIRST(U) = { *, '' } 应加入 FOLLOW(F)

    FOLLOW(F) = { * }

  • 分析(2)的整体

    cpp 复制代码
    T ------> FU 

    与(0)的整体分析类似:FOLLOW(T) 应加入 FOLLOW(U),FOLLOW(T) 应加入 FOLLOW(F)

    FOLLOW(U) = { $, + }
    FOLLOW(F) = { $, +, * }

  • 分析(3)

    分析结果同(2),跳过

  • 分析(4)的右部

    cpp 复制代码
    (E) | id
    'id' 只有终结符,因此不参与分析 

    由于 E 后面为终结符 ),因此加入 FOLLOW(E)

    **FOLLOW(E) = { $, ) }

    这里你会发现个问题,我们第一个求解的是 FOLLOW(E),而 FOLLOW(E) 又会被加入到其他的 FOLLOW集 中(比如 FOLLOW(T) 等),那么这时候就需要更新对应的 FOLLOW集,这也是为什么要记录 "谁加入谁的原因"。 但是此时还没分析完,还有一步:分析(4)的整体,因此在分析完一遍后再进行更新操作

  • 分析(4)的整体

    cpp 复制代码
    F ------> (E) | id

    由于产生式右部的末尾都是终结符,因此没有分析的必要,跳过

  • 更新操作:

    • FOLLOW(E) 应加入 FOLLOW(G)
    • FOLLOW(E) 应加入 FOLLOW(T)
    • FOLLOW(T) 应加入 FOLLOW(U)
    • FOLLOW(T) 应加入 FOLLOW(F)

    因此最后的结果为

    FOLLOW(E) = { $, ) }

    FOLLOW(G) = { $, ) }

    FOLLOW(T) = { $, ), + }

    FOLLOW(U) = { $, ), + }

    FOLLOW(F) = { $, ), +, * }


3. 预测分析表

为了更好地理解此部分,你应该知道如何使用 预测分析表 进行 LR分析

先看两个例子:

cpp 复制代码
现有文法:
	S ------> aA 
	S ------> ''
那么 
	FIRST(S) = { a, '' }
	FOLLOW(S) = { $ }
1. 如果现在输入为 a...,
   需要使用 S 进行分析,
   那么应该使用 
   	   S ------> aA 
   进行语法分析
   
2. 如果现在输入结束了,
   相当于输入为 $,
   需要使用 S 进行分析,
   由于 '' 属于 FIRST(S),
   并且 $ 属于 FOLLOW(S),
   因此因使用
   	   S ------> ''
   进行语法分析
'可以这么理解':
   因为使用 S 去进行分析,但是输入
   却是 FOLLOW(S),也就是说,没有
   遇到 S 能推导出的
       首终结符 (FIRST(S)),
   遇到的是 S 后面'紧跟'的
	   首终结符(FOLLOW(S))
   那么 S 应该被'忽略',也就是
       S 应该换为空串,同时
   由于 S 可以推空串,因此使用 
	   S ------> ''
   进行语法分析

3. 如果输入为 b,
   既不属于 FIRST(S),
   也不属于 FOLLOW(S),
   因此语法分析错误
cpp 复制代码
现有文法:
	S ------> aA
那么 
	FIRST(S) = { a }
	FOLLOW(S) = { $ }
1. 如果现在输入字符为 a ...
   并且需要使用 S 进行分析,
   那么你就知道应该用 
	   S ------> aA
   去进行语法分析

2. 如果输入字符为 $
   需要用 S 进行分析,
   虽然 $ 属于 FOLLOW(S),
   但是 S 不能推空串,
   因此语法分析错误
 
3. 如果输入为 c ...
   需要使用 S 进行分析,
   由于 FIRST(S) 中没有 c
   因此语法分析错误

看了上面两个例子,相信的你对如何构造预测分析表有了基本的理解。下面使用之前的例子以及求出的 FIRST集 与 FOLLOW集 来构造 预测分析表。

基本思路:对文法的每一个产生式的右部 (非终结符),针对不同的终结符,使用对应的 FIRST、FOLLOW集 进行构造


  • 文法

    cpp 复制代码
    (0) E ------> TG
    (1) G ------> +TG | ''
    (2) T ------> FU 
    (3) U ------> *FU | ''
    (4) F ------> (E) | id
  • FIRST集

    FIRST(E) = FIRST(T) = FIRST(F) = { (, id }
    FIRST(G) = { +, '' }
    FIRST(U) = { *, '' }

  • FOLLOW集

    FOLLOW(E) = FOLLOW(G) = { $, ) }
    FOLLOW(T) = FOLLOW(U) = { $, ), + }
    FOLLOW(F) = { $, ), +, * }

规定:预测分析表横轴为终结符,纵轴为非终结符,中间的元素为指定的产生式(比如 表[S][$] = S ---> '',表示当 S 遇到输入字符 $ 时应使用 S ---> '' 来进行语法分析)

$
S S ---> ''

算法:对于每个产生式:A ---> B

  • 对于 FIRST(B) 的每个终结符 a,将 A ---> B 加入 表[A][a]
  • 如果 '' 属于 FIRST(B),对于 FOLLOW(B) 中的每个终结符 b,将 A ---> '' 加入 表[A][b]
  • 其他都是空,表示语法分析错误

  • 先找出所有的终结符

    { id, (, ), +, *, $ }

  • (0) E ---> TG

    首先有

    FIRST(E) = { (, id }
    FOLLOW(E) = { $, ) }

    因为 E 与 TG 等效(E ---> TG),那么 FIRST(E) = FIRST(TG) = { (, id },因此对于 FIRST(TG) 中的每一个终结符 a,将 E ------> TG 加入 表[E][a](即 表[ E ][ ( ]、表[ E ][ id ])

    故有

    id ( ) + * $
    E E ---> TG E ---> TG

    由于不存在 E ---> '' ,所以不需要考虑 FOLLOW(E)

  • (1) G ------> +TG | ''

    首先有

    FIRST(G) = { +, '' }
    FOLLOW(G) = { $, ) }

    同理由于 FIRST(+TG) = { + },因此将 G ---> +TG 加入 表[ G ][ + ];

    现在 '' 属于 FIRST(G)了,需要考虑 FOLLOW(G):

    **对于 FOLLOW(G) 中的每一个终结符 b,将 G ---> '' 加入 表[ G ] [ b ](也就是 表[ G ][ $ ]、表[ G ][ ) ])

    id ( ) + * $
    G G ---> '' G ---> +TG G ---> ''
  • 其余的自行分析

    最后结果为

    id ( ) + * $
    E E ---> TG E ---> TG
    G G ---> '' G ---> +TG G ---> ''
    T T---> FU T ---> FU
    U U ---> '' U ---> '' U ---> *FU U ---> ''
    F F ---> id F ---> (E)

最后

本文一部分来源于课本,一部分为自己的理解,如有错误,欢迎指正。

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