Слайд 1Лекция 6
Машина Тьюринга и функции, вычислимые по Тьюрингу
Слайд 2Машина Тьюринга
Cостоит из разделенной на ячейки
полу бесконечной ленты, считывающе - записывающей каретки, лентопротяжного механизма и
логического устройства, которое может находиться в одном из дискретных состояний Q{q0, q1,..., qs}.
Алфавит
Алфавит А ={ λ, a1,a2,…., an}
λ - пробел
L
R
S
Слайд 3Работа машины
На каждом шаге машина выполняет предписание алгоритма, состоящее из
пяти символов:
qi am qr ak sp , где 0
i, r s, 0 m, k n,
sp {R,L,S}.
Оно означает, что находясь в состоянии qi и прочитав в обозреваемой ячейке символ am следует записать в обозреваемую ячейку символ ak, перейти в состояние qr и переместить ленту влево (sp=R), вправо (sp =L) или не сдвигать ленту (sp=S).
Слайд 4Модель МТ
Лента, бесконечная в обе стороны, разбитая на ячейки, в
которые записывают символы заданного алфавита А ={а0,а1,…,ам}. а0
– пробел (также обозначим λ ).
Управляющее устройство, которое может находиться в одном из состояний Q = {q0,q1,…,qn}. q0,q1 – наз. заключительным и начальным состоянием соответственно.
Каретка обозревает ячейку, может перемещаться за один такт влево, вправо или стоять на месте (L,R,E).
Слайд 5Машина Тьюринга
Совокупность состояний всех ячеек ленты, состояний логического устройства и
положение головки называют конфигурацией машины.
λθ1θ2 … θm-1 qi θm … θk λ, где θiA.
Запись означает, что в слове из k символов в состоянии логического устройства qi обозревается ячейка с символом θm. Иначе конфигурацию машины можно представить в виде
θ’ qi θ’’.
Слайд 6Определение
q1 s - стандартная начальная конфигурация
q0 s – стандартная
заключительная конфигурация
Слайд 7Алгоритм МТ как смена конфигураций
Начальная конфигурация К0 порождает цепочку
конфигураций. Если она приводит к заключительной конфигурации, то говорят, что
машина применима к К0, иначе не применима
Слайд 8МТ как вычислимая функция
МТ соответствует частичная словарная функция с областью
определения и областью значения, являющейся конечными словами в алфавите А.
F:
A* -> A*
Слайд 9Пример 1. F(x) = x+1
х € N0 ,
A ={ _, 1}, Q = {q0,q1,q2}
q1 _
-> q2 1 S
q1 1 -> q1 1 R
q2 1 -> q2 1 L
q2 _ -> q0 _ R
Пусть К0 = q1 1x+1
q1 1x+1 -> 1 q1 1x -> … -> 1x+1 q1 _ -> 1x+1 q2 1 -> ... -> q2 1x+2 -> q2 _1x+2 ->q0 1x+2
Слайд 10 Пусть х=1111
q1 _ -> q2
1 E
q1 1 -> q1 1
R
q2 1 -> q2 1 L
q2 _ -> q0 _ R
q11111 ->1q1111 ->11q111 ->111q11
->1111q1 _ ->1111q21->111q211
->11q2111->1q21111->q211111 ->
q2 _ 11111->q0 11111
Слайд 11Пример 2
F(x) = 0, х € N0 , A
={ _, 1},
Q = {q0,q1,q2}
q1 _ -> q1
_ R
q1 1 -> q2 _ R
q2 1 -> q2 _ R
q2 _ -> q0 1 E
Пусть К0 = q1 1x+1
q1 1x+1 -> q2 1x -> ... -> q2 _ -> q01
Слайд 12Пример 3
F(x, y) = x+y, х , y €
N0 , A ={ _, 1, *},
Q = {q0,q1,q2,
q3}
q1 1 -> q2 _ R
q2 1 -> q2 1 R
q2 * -> q2 1 R
q2 _ -> q3 _ L
q3 1 -> q4 _ L
q4 _ -> q0 _ R
q4 1 -> q4 1 L
(основные значащие команды)
Слайд 13Решение
Пусть К0 = q1 1x+1 * 1y+1
q1 1x+1 * 1y+1
> q2 1x * 1y+1 -> … ->
1x q2
* 1y+1 > 1x+1 q2 1y+1 -> 1x+y+2 q2 -> 1x+y+1 q3 1 -> 1x+y q4 1 -> … -> q4 _1x+y+1 -> q0 1x+y+1
Слайд 14Методы разработки МТ
Суперпозиция:
Пусть имеются f1(P) и f2(P), тогда существует
МТ f(p) = f2(f1(P)).
Слайд 15Методы разработки МТ
Соединение машин:
Пусть имеются f1(P) и f2(P), тогда
существует МТ которая начальную конфигурацию q1 P переводит в заключительную
q0 f1(P) * f2(P)).
Слайд 16Методы разработки МТ
Пусть имеются f1(P) и f2(P), тогда существует МТ
которая начальную конфигурацию q1 e P переводит в заключительную
q0 f1(P) , если е =0 и в
q0 f2(P), если е=1.
Слайд 17Контрольные вопросы
Почему МТ выступает как вычислимая функция?
Что означает вычислить функцию
по МТ?