Skip to content
ExamHope Logo

examhope

Primary Menu
  • Digital Logic
    • Arithmetic Operations
    • Asynchronous/Ripple Counters
    • Basic Gates
    • Boolean Algebraic Theorems
    • Codes
  • Data Structures
    • Binary Heaps
    • Binary Search
    • Binary Search Trees
    • Binary Tree
    • Binary Tree Sort
    • Bipartite Graphs
    • Complete Graph
  • Theory of Computation
    • Finite Automata
    • Finite Automaton First Example
  • Current Affairs
    • Sports News
    • Tech News
    • Bollywood News
    • Daily News
  • Database
  • Computer Network
  • Computer Organization and Architecture
  • C Language
  • Operating Systems
  • Software Engineering
  • Theory of Computation
  • About us
  • Contact Us
  • Privacy Policy
  • DMCA Policy
  • Terms and Conditions
  • Home
  • IT
  • Equivalence of Regular Expressions and Regular Languages
  • Equivalence of Regular Expressions and Regular Languages
  • IT
  • Theory of Computation

Equivalence of Regular Expressions and Regular Languages

examhopeinfo@gmail.com November 20, 2025 3 minutes read
Equivalence of regular expressions and regular languages Theory of Computation

Equivalence of regular expressions and regular languages Theory of Computation

๐ŸŒผ The Big Idea (in simple words)

Think of a regular expression (RE) as a recipe.
It tells you how to build strings using symbols, choices, repetitions, etc.

Think of a regular language as the collection of all dishes made using that recipe.

Now imagine a DFA or NFA as a machine that checks whether a dish matches the recipe.

The amazing fact:
Whatever recipe (regular expression) you writeโ€ฆ
there is always a matching machine (finite automaton) that understands it.

And whatever machine (DFA/NFA) you buildโ€ฆ
you can always create a recipe (regular expression) that describes the exact same set of strings.

So they are two different representations of the same idea.


โญ Why is this equivalence important?

Because it gives us two ways to describe languages:

โœ” REs are simple and compact

Good for writing patterns, specifying tokens, searching, etc.

โœ” Automata are great for analysis

You can simulate them, minimize them, and prove things using them.

Since both express the same languages, you can switch from one to the other whenever needed.


๐ŸŒŸ Part 1: From Regular Expression โ†’ NFA

Every regular expression can be turned step-by-step into an NFA.
This is commonly done using Thompsonโ€™s construction.

Hereโ€™s the idea:

For a single symbol

  (a)
   |
  โ”Œโ”€โ”€โ”€โ”   a    โ”Œโ”€โ”€โ”€โ”
  โ”‚ S โ”‚ -----> โ”‚ F โ”‚
  โ””โ”€โ”€โ”€โ”˜        โ””โ”€โ”€โ”€โ”˜

For alternation (choice)

Expression: a | b

You branch:

        ฮต              a              ฮต
   โ”Œโ”€โ”€โ”€>โ—‹ ----->โ—‹----------->โ—‹โ”€โ”€โ”€โ”
   โ”‚                                 โ”‚
   โ”‚                                 โ”‚
   โ”‚        ฮต              b         ฮต
   โ””โ”€โ”€โ”€>โ—‹ ----->โ—‹----------->โ—‹โ”€โ”€โ”€โ”˜

For concatenation

Expression: ab

S โ†’โ”€aโ†’ โ—‹ โ†’โ”€bโ†’ F

For Kleene star

Expression: a*

     โ”Œโ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€bโ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”
     โ”‚                 โ†“
  โ†’ (S) --ฮต--> [a] --ฮต--> (F)
     โ†‘                 โ”‚
     โ””-------ฮต---------โ”˜

Every part of an RE has a small NFA structure.
By combining them, the whole regular expression becomes an NFA.


๐ŸŒŸ Part 2: From DFA/NFA โ†’ Regular Expression

Going the other way is a bit like peeling onions.
We remove states one by one and update transitions with equivalent regular expressions.

This is called state elimination.

Simple idea:

  1. Pick a state to remove.
  2. Re-route all transitions around it by combining labels into regular expressions.
  3. Continue until only start and final states remain.
  4. The final label between them is the regular expression.

A rough sketch:

Before elimination:

  (Start) --a--> [Q] --b--> (Final)

After removing Q:

(Start) --ab--> (Final)

The transition label becomes the regular expression describing paths through Q.


๐ŸŒผ Why does equivalence hold?

Because both REs and finite automata describe patterns built from:

  • sequences (concatenation)
  • choices (union)
  • repetitions (Kleene star)

These are exactly the tools needed for defining regular languages.

REs do it as written patterns.
Automata do it using states and transitions.

But the power is the same.


๐ŸŒˆ Visual Summary Diagram

      โ”Œโ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”
      โ”‚  Regular Expressions (RE)โ”‚
      โ”‚     โ€” patterns โ€”         โ”‚
      โ””โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”ฌโ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”˜
                 โ”‚ Convert (Thompson)
                 โ–ผ
          โ”Œโ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”
          โ”‚    NFA     โ”‚
          โ”‚(ฮต-moves ok)โ”‚
          โ””โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”ฌโ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”˜
                 โ”‚ Subset Construction
                 โ–ผ
          โ”Œโ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”
          โ”‚    DFA     โ”‚
          โ”‚(no ฮต-moves)โ”‚
          โ””โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”ฌโ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”˜
                 โ”‚ State Elimination
                 โ–ผ
      โ”Œโ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”
      โ”‚  Regular Expressions (RE)โ”‚
      โ””โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”€โ”˜

The loop shows that you can always move between RE โ†” Automata.


About the Author

examhopeinfo@gmail.com

Administrator

Visit Website View All Posts

Post navigation

Previous: Regular Expressions โ€” Theory of Computation
Next: Pumping Lemma and Nonregular Languages

Related News

Vivo X200 Price Drop
  • IT
  • Current Affairs
  • Tech News

Vivo X200: เคœเคพเคจเฅ‡ เค•เคฟเคคเคจเฅ€ เค•เคฎ เค•เฅ€เคฎเคค เคชเคฐ เคฎเคฟเคฒ เคฐเคนเคพ เคฏเฅ‡ 9400 เคฎเคฟเคกเคฟเคฏเคพ เคŸเฅ‡เค• เคชเฅเคฐเฅ‹เคธเฅ‡เคธเคฐ เคตเคพเคฒเคพ เคธเฅเคฎเคพเคฐเฅเคŸเคซเฅ‹เคจ

examhopeinfo@gmail.com December 23, 2025 0
Samsung Galaxy S25 Plus
  • IT
  • Current Affairs
  • Tech News

Samsung Galaxy S25 Plus เคชเคฐ เคฎเคฟเคฒ เคฐเคนเฅ€ เคญเคพเคฐเฅ€ เค›เฅ‚เคŸ ,เคœเคพเคจเฅ‡ เคธเฅ‡เคฒ เคชเฅเคฐเคพเค‡เคธ

examhopeinfo@gmail.com December 22, 2025 0
Electricity bill saving Smart Plug
  • IT
  • Current Affairs
  • Tech News

AI เค•เฅ‡ เค‡เคธ เฅ›เคฎเคพเคจเฅ‡ เคฎเฅ‡เค‚ เค•เฅˆเคธเฅ‡ เคฌเคฟเคœเคฒเฅ€ เคฌเคšเคพ เคฐเคนเฅ‡ เคนเฅˆเค‚ เคฏเคน เคธเฅเคฎเคพเคฐเฅเคŸ เคชเฅเคฒเค—?

examhopeinfo@gmail.com December 21, 2025 0

Recent Posts

  • Vivo X200: เคœเคพเคจเฅ‡ เค•เคฟเคคเคจเฅ€ เค•เคฎ เค•เฅ€เคฎเคค เคชเคฐ เคฎเคฟเคฒ เคฐเคนเคพ เคฏเฅ‡ 9400 เคฎเคฟเคกเคฟเคฏเคพ เคŸเฅ‡เค• เคชเฅเคฐเฅ‹เคธเฅ‡เคธเคฐ เคตเคพเคฒเคพ เคธเฅเคฎเคพเคฐเฅเคŸเคซเฅ‹เคจ
  • Samsung Galaxy S25 Plus เคชเคฐ เคฎเคฟเคฒ เคฐเคนเฅ€ เคญเคพเคฐเฅ€ เค›เฅ‚เคŸ ,เคœเคพเคจเฅ‡ เคธเฅ‡เคฒ เคชเฅเคฐเคพเค‡เคธ
  • AI เค•เฅ‡ เค‡เคธ เฅ›เคฎเคพเคจเฅ‡ เคฎเฅ‡เค‚ เค•เฅˆเคธเฅ‡ เคฌเคฟเคœเคฒเฅ€ เคฌเคšเคพ เคฐเคนเฅ‡ เคนเฅˆเค‚ เคฏเคน เคธเฅเคฎเคพเคฐเฅเคŸ เคชเฅเคฒเค—?
  • เค•เฅเคฏเคพ เคนเฅˆ เคฏเคน GhostPairing Scam เค”เคฐ เคฌเคฟเคจเคพ เคชเคพเคธเคตเคฐเฅเคก เค”เคฐ เคธเคฟเคฎ เค•เฅ‡ เค•เฅเคฏเฅ‹เค‚ เคนเฅ‹ เคฐเคนเคพ เคนเฅˆ เคตเฅเคนเคพเคŸเฅเคธเคชเฅเคช เค…เค•เคพเค‰เค‚เคŸ เคนเฅˆเค•
  • Leica เค•เฅˆเคฎเคฐเฅ‡ เค•เฅ‡ เคธเคพเคฅ เคœเคฒเฅเคฆ เคฒเฅ‰เคจเฅเคš เคนเฅ‹ เคธเค•เคคเคพ เคนเฅˆ Xiaomi Ultra 17

At ExamHope, we understand that preparing for exams can be challenging, overwhelming, and sometimes stressful. Thatโ€™s why we are dedicated to providing high-quality educational resources, tips, and guidance to help students and aspirants achieve their goals with confidence. Whether you are preparing for competitive exams, school tests, or professional certifications, ExamHope is here to make your learning journey smarter, easier, and more effective.

Quick links

  • About us
  • Contact Us
  • Privacy Policy
  • Terms and Conditions
  • Disclaimer
  • DMCA Policy

Category

  • Computer Network
  • Computer Organization and Architecture
  • Data Structures
  • C Language
  • Theory of Computation
  • Database

You may have missed

Vivo X200 Price Drop
  • IT
  • Current Affairs
  • Tech News

Vivo X200: เคœเคพเคจเฅ‡ เค•เคฟเคคเคจเฅ€ เค•เคฎ เค•เฅ€เคฎเคค เคชเคฐ เคฎเคฟเคฒ เคฐเคนเคพ เคฏเฅ‡ 9400 เคฎเคฟเคกเคฟเคฏเคพ เคŸเฅ‡เค• เคชเฅเคฐเฅ‹เคธเฅ‡เคธเคฐ เคตเคพเคฒเคพ เคธเฅเคฎเคพเคฐเฅเคŸเคซเฅ‹เคจ

examhopeinfo@gmail.com December 23, 2025 0
Samsung Galaxy S25 Plus
  • IT
  • Current Affairs
  • Tech News

Samsung Galaxy S25 Plus เคชเคฐ เคฎเคฟเคฒ เคฐเคนเฅ€ เคญเคพเคฐเฅ€ เค›เฅ‚เคŸ ,เคœเคพเคจเฅ‡ เคธเฅ‡เคฒ เคชเฅเคฐเคพเค‡เคธ

examhopeinfo@gmail.com December 22, 2025 0
Electricity bill saving Smart Plug
  • IT
  • Current Affairs
  • Tech News

AI เค•เฅ‡ เค‡เคธ เฅ›เคฎเคพเคจเฅ‡ เคฎเฅ‡เค‚ เค•เฅˆเคธเฅ‡ เคฌเคฟเคœเคฒเฅ€ เคฌเคšเคพ เคฐเคนเฅ‡ เคนเฅˆเค‚ เคฏเคน เคธเฅเคฎเคพเคฐเฅเคŸ เคชเฅเคฒเค—?

examhopeinfo@gmail.com December 21, 2025 0
Ghost Pairing Scam on Whatsapp
  • IT
  • Current Affairs
  • Tech News

เค•เฅเคฏเคพ เคนเฅˆ เคฏเคน GhostPairing Scam เค”เคฐ เคฌเคฟเคจเคพ เคชเคพเคธเคตเคฐเฅเคก เค”เคฐ เคธเคฟเคฎ เค•เฅ‡ เค•เฅเคฏเฅ‹เค‚ เคนเฅ‹ เคฐเคนเคพ เคนเฅˆ เคตเฅเคนเคพเคŸเฅเคธเคชเฅเคช เค…เค•เคพเค‰เค‚เคŸ เคนเฅˆเค•

examhopeinfo@gmail.com December 21, 2025 0
Copyright ยฉ All rights reserved for ExamHope. | MoreNews by AF themes.
Go to mobile version