====== Reguläre Sprachen ======

===== Reguläre Ausdrücke =====

Im Stoffgebiet Netzwerke habt ihr IP-Adressen kennengelernt.

**Beispiel:**

<code>
192.168.178.1
</code>

Um eine IP-Adresse darzustellen ist die Zeichenmenge \\
erforderlich, welche man als Alphabet auffassen der **formalen Sprache** "IP-Adresse" auffassen kann. "IP-Adressen" ist dabei eine Teilmenge der Menge , also der Menge aller Worte, die sich mit  beschreiben lassen.

**1. Möglichkeit: in Worten**\\
Eine IP-Adresse besteht aus vier ein bis dreistelligen Zahlen im Bereich von 0 bis 255, die jeweils durch einen Punkt getrennt sind.

**2. Möglichkeit: durch einen regulären Ausdruck**

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**Reguläre Ausdrücke (RegEx)** sind eine leistungsfähige Methode, um Texte zu durchsuchen, zu analysieren und bestimmte Muster zu finden. Sie sind in der Informatik eine Möglichkeit, einen Text nach bestimmten Ausdrücken zu durchsuchen.
</WRAP>





==== Kurzreferenz für reguläre Ausdrücke ====

=== Grundlagen ===

^Ausdruck   ^Bedeutung                                       ^Beispiel^Findet                ^
|''%%a%%''  |genau den Buchstaben **a**                      |„Banane“|a                     |
|''%%abc%%''|die Zeichenfolge **abc**                        |„xabcx“ |abc                   |
|''%%.%%''  |ein **beliebiges Zeichen** (außer Zeilenumbruch)|„Katze“ |K**a**tze, K**t**ze, …|

=== Zeichenklassen ===

^Ausdruck  ^Bedeutung                               ^Beispieltext^Treffer                  ^
|''%%\d%%''|eine **Ziffer** (0–9)                   |„Haus 42“   |4, 2                     |
|''%%\w%%''|ein **Wortzeichen** (Buchstabe, Zahl, _)|„Test_1“    |T, e, s, t, _, 1         |
|''%%\s%%''|ein **Leerzeichen**                     |„Hallo Welt“|(zwischen Hallo und Welt)|
|''%%\b%%''|**Wortgrenze**                          |„ein Haus“  |vor „ein“, „Haus“        |

=== Wiederholungen ===

^Ausdruck      ^Bedeutung        ^Beispiel^Findet^
|''%%a*%%''    |0 oder mehr **a**|„aaah“  |aaa   |
|''%%a+%%''    |1 oder mehr **a**|„baaah“ |aaa   |
|''%%a?%%''    |0 oder 1 **a**   |„baah“  |a     |
|''%%a{3}%%''  |genau **3 a**    |„aaaah“ |aaa   |
|''%%a{2,4}%%''|2 bis 4 **a**    |„aaaaah“|aaaa  |

=== Positionen ===

^Ausdruck    ^Bedeutung                    ^Beispiel ^Findet^
|''%%^abc%%''|steht **am Anfang** der Zeile|„abcde“  |abc   |
|''%%xyz$%%''|steht **am Ende** der Zeile  |„testxyz“|xyz   |

=== Gruppierung und Alternativen ===

^Ausdruck          ^Bedeutung                                                  ^Beispieltext                                     ^Treffer             ^^^
|''%%(abc)%%''     |**Gruppe** – fasst Zeichen zu einer Einheit zusammen       |''%%abcabc%%'' mit ''%%(abc)%%''                 |„abc“ (erste Gruppe)|||
|''%%A | B%%''    |**Alternative** – findet **A oder B**                      |''%%Katze Hund Maus%%'' mit ''%%Katze | Hund%%''|„Katze“, „Hund“     |||
|''%%(ab){2}%%''   |**Wiederholung einer Gruppe** – zweimal „ab“ hintereinander|''%%ababc%%''                                    |„abab“              |||
|''%%(?:abc)%%''   |**Nicht-speichernde Gruppe** – gruppiert ohne Nummerierung |''%%(?:abc){2}%%'' auf ''%%abcabc%%''            |„abcabc“            |||
|''%%(\d+)\s+\1%%''|**Rückverweis** – sucht zwei gleiche Zahlen hintereinander |''%%42 42%%''                                    |„42 42“             |||

==== Pythonprogramme zum Test regulärer Ausdrücke ====

In den folgenden Pythonprogrammen kannst du die Beispiele aus den Referenztabellen testen.

<code python>
#Grundlagen
#Der reguläre Ausdruck muss in einem sogenannten Raw-String r"" stehen.
import re
text = "Banane"
print(re.findall(r"a", text))
text = "xabca"
print(re.findall(r"abc", text))
text = "Katze"
print(re.findall(r".", text))
</code>

<code python>
#Zeichenklassen
import re
text = "Baby"
print(re.findall(r"[abc]", text))
text = "Haus"
print(re.findall(r"[A-Z]", text))
text = "Test123"
print(re.findall(r"[a-zA-Z]", text))
text = "A1B"
print(re.findall(r"[^0-9]", text))
</code>

<code python>
#Wiederholungen
import re
text = "aaah"
print(re.findall(r"a*", text))
text = "baaah"
print(re.findall(r"a+", text))
text = "baah"
print(re.findall(r"a?", text))
text = "aaah"
print(re.findall(r"a{3}", text))
text = "aaaaah"
print(re.findall(r"a{2,4}", text))
</code>

<code python>
#Positionen
import re
text = "abcde"
print(re.findall(r"^abc", text))
text = "testxyz"
print(re.findall(r"xyz$", text))
</code>

<code python>
#Wiederholungen
import re
text = "abcabc"
print(re.findall(r"(abc)", text))
text = "Katze Hund Maus"
print(re.findall(r"Katze|Hund", text))
text = "ababc"
print(re.findall(r"(ab){2}", text))
text = "abcabc"
print(re.findall(r"(?:abc){2}", text))
text = "42 42"
print(re.findall(r"(\d+)\s+\1", text))
</code>

**Aufgabe 1**

Entwirf einen regulären Ausdruck, der drei ein- bis dreistellige Zahlen durch einen Punkt trennt! Wende den Ausdruck im nachfolgenden Programmauf den Text an!

<code python>
# Aufgabe 1
import re
text = """
192.168.178.1
0.0.0.0
270.98.8.99
192_168_4236_7
3.3.3,3
127.0.0.0
177.0.0
1921681781
"""
print(re.findall(r"", text))
</code>

**Aufgabe 2**\\
Verbessere deinen Ausdruck von Aufgabe 1 so, dass der IP-Adressen erkennt!

<code python>
# Aufgabe 2
import re
text = """
192.168.178.1
0.0.0.0
270.98.8.99
192_168_4236_7
3.3.3,3
127.0.0.0
177.0.0
1921681781
"""
print(re.findall(r"", text))
</code>

**Aufgabe 3**\\
Finde reguläre Ausdrücke für

  * eine deutsche Postleitzahl
  * eine einfache E-Mail-Adresse
  * Wörter mit Großbuchstaben am Anfang

===== Reguläre Sprachen =====

<WRAP center round box 60%>
Eine **reguläre Sprache** ist eine Menge von Wörtern über ein Alphabet $A$, die man durch einfache, sich wiederholende Muster (Reguläre Ausdrücke) beschreiben kann.
</WRAP>




Reguläre Sprachen haben in der Informatik eine besondere Bedeutung, z.B. beim Compilerbau. In Klasse 12 werden wir den Begriff fachlich exakt definieren.

**Aufgabe 4**

Arbeite die [[https://flaci.com/regexp|Flaci-Seite]] zu regulären Ausdrücken durch!