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Formal languages of labelled graphs

Formale Sprachen von markierten Graphen

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Abstract

The definition of the direct derivation of strings in a formal grammar can be generalized to graphs with labelled nodes and edges to get a sequential rewriting system for graphs. A graph production consists of three parts: left hand side, right hand side, and a description how the embedding of the left hand side in a host graph is transformed if the right hand side is substituted. In the following a production mechanism is introduced which is very general with respect to the transformation of the embedding.

We get results similar to those of formal languages' theory:

$${\text{[}}U{\text{]}} \supset {\text{[}}M{\text{] = [}}CS{\text{]}} \supseteq {\text{[}}CF{\text{] = [}}N{\text{]}} \supseteq {\text{[}}R{\text{] = [}}RN{\text{]}}$$

where [U], ..., [RN] means the class of graph languages which is unrestricted, monotone, context sensitive, context free, normal, regular, and regular in normal form respectively.

The class of regular graph languages was investigated in more detail by successively restricting the embedding transformation. Some generalizations and open problems are given.

Zusammenfassung

Als Verallgemeinerung des Ableitungsbegriffs für Zeichenketten mit Hilfe von Ersetzungsregeln einer formalen Grammatik wird im folgenden ein Ersetzungsmechanismus für Graphen mit Kanten- und Knotenmarkierung vorgestellt, der, bei Ersetzung eines Untergraphen durch einen anderen, bezüglich der Überführung der Einbettungen dieser beiden Untergraphen sehr allgemein ist.

Es ergeben sich analoge Aussagen zur Theorie der Formalen Sprachen:

$${\text{[}}U{\text{]}} \supset {\text{[}}M{\text{] = [}}CS{\text{]}} \supseteq {\text{[}}CF{\text{] = [}}N{\text{]}} \supseteq {\text{[}}R{\text{] = [}}RN{\text{]}}$$

wobei [U] bzw. ... bzw. [RN] die Klasse der uneingeschränkten, beschränkten, kontextsensitiven, kontextfreien, normalen, regulären Graph-Sprachen bzw. regulären Graph-Sprachen in Normal-form ist.

Die Klasse der regulären Graph-Sprachen wurde genauer untersucht, indem die Vorschrift eingeschränkt wurde, die die Einbettungsüberführung festlegt. Einige Verallgemeinerungen des eingeführten Ableitungsbegriffs und einige offene Fragen sind angegeben.

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Nagl, M. Formal languages of labelled graphs. Computing 16, 113–137 (1976). https://doi.org/10.1007/BF02241984

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