Didactic approach for teaching nondeterminism in automata theory

Abstract

Nondeterminism plays a central role in almost all fields of computer science. It has been incorporated naturally as well as in the theory of automata as a generalization of determinism. Although nondeterministic finite automata do not have more recognition power than deterministic ones their importance and usefulness is of no doubt.

Unfortunately, the operation of the mathematical model of nondeterministic automata is difficult to understand which means a didactic challenge for every teacher and lecturer. This paper gives a didactic approach to introduce the notion of finite (deterministic and) nondeterministic automata.

As a teaching tool we make use of the automata theory package developed in Maple. We put emphasis on the process character of learning and work out a method that promotes the repetitive experiments.

Kurzreferat

Didaktische Betrachtung des Lehrens von Nicht-Determinismus in der Automatentheorie. Der Nicht-Determinismus spielt in fast allen Bereichen der Informatik eine bedeutende Rolle. Dieser Begriff wird auch in der Automatentheorie verwendet als Generalisierung des Determinismus. Obwohl nichtdeterministische endliche Automaten nicht über mehr Erkennungskapazität verfügen, als deterministische, steht ihre Wichtigkeit und Nützlichkeit ausser Frage.

Leider ist die Funktion des mathematishen Modells von nichtdeterministischen Automaten nicht leicht zu verstehen, deshalb ist es eine Herausforderung für jeden Lehrer. Dieser Artikel soll eine didaktische Betrachtung des Begriffs von endlichen deterministischen und nichtdeterministischen Automaten geben.

Wir benutzen als Unterrichtshilfe das in Maple entwickelte Programpaket für Automatentheorie. Wir betonen den kontinuierlichen Charakter des Lernens und entwickeln eine Methode, die das wiederholte Experimentieren unterstützt.