ชุดของเครื่องจักรทัวริงที่หยุดในขั้นตอนไม่เกิน 50 ขั้นสำหรับอินพุตทั้งหมดสามารถตัดสินใจได้หรือไม่?


19

Let\} ฉันต้องตัดสินใจว่าFสามารถตัดสินใจได้หรือนับซ้ำได้ซ้ำ ฉันคิดว่ามันตัดสินได้ แต่ฉันไม่รู้จะพิสูจน์มันได้อย่างไรF={⟨M⟩:M is a TM which stops for every input in at most 50 steps}

ความคิดของฉัน

ส่วน "50 ขั้นตอน" นี้จะเปลี่ยนสัญลักษณ์Rให้ฉันทันที หากเป็นข้อมูลที่เฉพาะเจาะจงก็จะสามารถตัดสินใจได้ อย่างไรก็ตามที่นี่มีไว้สำหรับทุกอินพุต การตรวจสอบมันสำหรับปัจจัยการผลิตที่ไม่มีที่สิ้นสุดทำให้ฉันคิดว่าเป็นปัญหาร่วม-RE , คือส่วนเติมเต็มของมันเป็นที่ยอมรับ

บางทีฉันสามารถตรวจสอบการกำหนดค่าและดูว่าการกำหนดค่าทั้งหมดหลังจาก 50 ขั้นตอนไม่นำไปสู่การยอมรับสถานะฉันต้องทำอย่างไร

คำตอบ:


21

ลองพิจารณาปัญหาทั่วไปมากขึ้นของเครื่องซึ่งหยุดหลังจากที่มากที่สุดขั้นตอนสำหรับบาง1 (ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายที่ง่ายกว่าเดิมของคำตอบนี้ แต่มีประสิทธิภาพเทียบเท่า)N ⩾ 1NN⩾1

ตามคำพูดของ swegi ในการตอบสนองก่อนหน้านี้หากเครื่องหยุดหลังจากขั้นตอนNที่สุดNดังนั้นเฉพาะเซลล์0,1,…,N−1บนเทปเท่านั้นที่มีความสำคัญ จากนั้นก็เพียงพอที่จะจำลองเครื่องMบนสตริงอินพุตทั้งหมดของรูปแบบx∈ΣNซึ่งมีจำนวน จำกัด

  • หากการจำลองใด ๆ เหล่านี้ล้มเหลวในการเข้าสู่สถานะหยุดนิ่งโดยNthการเปลี่ยนนี้บ่งชี้ว่าสตริงอินพุตใด ๆ ที่ขึ้นต้นด้วยxเป็นหนึ่งในสิ่งที่เครื่องไม่หยุดภายในขั้นตอนNแรกN
  • หากการจำลองทั้งหมดเหล่านี้หยุดโดยช่วงการเปลี่ยนภาพจากนั้นหยุดภายในขั้นตอนของอินพุตทั้งหมดของความยาวใด ๆ (ซึ่งสตริงย่อยของความยาวคือสิ่งที่มันเคยทำมา)NthN NMNN

และ - ฉันคิดว่าที่ความยาวมากกว่านั้นถูกปฏิเสธโดยอัตโนมัติหรือไม่? NxN
— Jozef

ทำไมมันไม่สามารถข้ามไปยังเกินกว่า N เซลล์ภายในขั้นตอนการคำนวณ N
— Jozef

@Jozef: จำลองเพียงย้ำผ่านทุกสายการป้อนข้อมูลที่เป็นไปได้ของความยาวN คุณสามารถวนซ้ำสตริงได้มากขึ้น แต่คุณจะไม่เรียนรู้อะไรเลยเพราะสัญลักษณ์N ตัวแรกมีความสำคัญ สาเหตุที่ไม่สามารถไปได้ไกลกว่าNเซลล์เนื่องจากเครื่องทัวริง (หรือข้อกำหนดมาตรฐานของพวกเขาต่อไป) ย้ายเพียงหนึ่งเซลล์ต่อขั้นตอน
— Niel de Beaudrap

ใช่ฉันเข้าใจแล้ว ดังนั้นคุณจึงคำนึงถึงสัญลักษณ์ N แรกของทุกคำเท่านั้นดังนั้นคุณจึงตรวจสอบชุดค่าผสมทั้งหมดของคำเหล่านั้น ทำไมคุณถึงลบคำอธิบายการกำหนดค่า
— Jozef

ยังคงปรากฏให้เห็นหากคุณดูการแก้ไขก่อนหน้า ฉันแก้ไขมันเพราะสิ่งนี้ในขณะที่คำตอบอื่น ๆ อาจจะน่าสนใจ แต่สิ่งที่ทำให้ "น่าสนใจ" มีไว้เพื่อบดบังความจริงที่ว่ากระบวนการตัดสินใจไม่มีอะไรมากไปกว่าการจำลองในอินพุตที่มีความยาวทั้งหมด ฉันคิดว่ามันจะดีกว่าที่จะแก้ไขคำตอบของสิ่งที่ตรงไปตรงมามากกว่าและโดยพื้นฐานแล้วสิ่งที่ทำให้เกิดปัญหาสามารถตัดสินใจได้ NMN
— Niel de Beaudrap

4

หากหยุดในไม่เกิน 50 ขั้นตอนกว่าตำแหน่งสามารถเข้าถึงบนเทปที่ไม่มีที่สิ้นสุดตามปกติจะถูก จำกัด ดังนั้นเทปอนันต์สามารถจำลองได้ด้วยอัน จำกัด ซึ่งหมายความว่าสามารถจำลองเทปโดยออโตเมติก จำกัด ได้ มันตามที่เครื่องทัวริงที่จะหยุดในไม่เกิน 50 ขั้นตอนคือ bisimilar บาง จำกัด หุ่นยนต์M'M M M ′MMMM′

ให้เป็นชุดของสถานะ ,ชุดของสถานะที่ยอมรับและเป็นตัวอักษร จากนั้นเราสร้างชุดของสถานะของดังนี้: โดยที่คือตำแหน่งของหัวอ่าน / เขียนเหนือเทป เราสามารถ จำกัด ตำแหน่งให้เป็นเนื่องจากจำนวนขั้นตอนการคำนวณที่อนุญาตนั้น จำกัด จำนวนตำแหน่งที่สามารถเข้าถึงได้M F ⊂ Q Γ Q ′ M ′ Q ′ = { ⟨ n , q , s , p , a ⟩QMF⊂QΓQ′M′P { - 50 , . . , 50 }Q′={⟨n,q,s,p,a⟩|n∈{0,...,50}q∈Q,s∈Γ,p∈{−50,...,50},a≡q∈F}p{−50,...,50}

การมีสถานะของออโตเมติก จำกัดจากนั้นหมายความว่าเราอยู่ในสถานะของออโตเมติกดั้งเดิมด้วยบนเทปที่ตำแหน่งที่หัวอ่าน / เขียน อยู่ในตำแหน่งหลังจากขั้นตอนการคำนวณ -th รัฐเป็นหนึ่งที่ยอมรับถ้าจริงM ′ q s p n a ≡ t r u e⟨n,q,s,p,a⟩M′qspna≡true

การแปลงความสัมพันธ์การเปลี่ยนผ่านของเครื่องทัวริงคอนกรีตเป็นงานอีกเล็กน้อย แต่ไม่จำเป็นสำหรับคำถามเดิมเพราะมันเพียงพอที่จะแสดงให้เห็นว่าพื้นที่ของรัฐมี จำกัด (และเราสามารถทดสอบแต่ละอินพุตด้วยความยาวสูงสุด 50 สัญลักษณ์บนหุ่นยนต์แต่ละตัวนั้น) แนวคิดคือการสร้างความสัมพันธ์การเปลี่ยนผ่านใหม่ที่เกิดขึ้นจากสถานะไปยังสถานะ in การคำนวณขั้นตอน -th iff การเปลี่ยนแปลงอยู่ในความสัมพันธ์การเปลี่ยนแปลงเดิม⟨ n + 1 , Q ' , s ' , P ' , ' ⟩ n ⟨ Q , s , P ⟩ →การ⟨ Q ' , s ' , P ' ⟩⟨n,q,s,p,a⟩⟨n+1,q′,s′,p′,a′⟩n⟨q,s,p⟩→⟨q′,s′,p′⟩


คุณจำลองการจัดเก็บลงบนเทปได้อย่างไรเช่นความสามารถในการทบทวนสัญลักษณ์ที่คุณได้อ่านไปแล้วบนหุ่นยนต์ จำกัด
— Niel de Beaudrap

@NieldeBeaudrap: คุณแจกแจงพื้นที่ทั้งหมดของรัฐนั่นคือคุณทำการตรวจสอบรูปแบบของเทป จำกัด และหุ่นยนต์ควบคุมของเครื่องจักรทัวริง
— swegi

1
เนื่องจาก OP กำลังถามคำถามพื้นฐานเกี่ยวกับความสามารถในการคำนวณสำหรับเครื่องทัวริงคุณอาจต้องการแกะร่างภาพนั้นลงในสิ่งที่ฟูลเลอร์ (ฉันเองไม่เคยได้ยินวลี "การตรวจสอบแบบจำลอง" ในบริบทการคำนวณมาก่อน) ในบริบทฉันจะสมมติโดย 'finite automaton' โดยทั่วไปคุณจะหมายถึงDFAหรือคล้ายกันเว้นแต่คุณจะระบุเป็นอย่างอื่นและไม่ชัดเจนสำหรับฉัน จะสอดคล้องกับอินพุตของ DFA ในการก่อสร้างดังกล่าว หากคุณแค่หมายถึงกราฟที่แสดงวิถีการเคลื่อนที่ของ TM ฉันก็เห็นด้วย
— Niel de Beaudrap

ด้วยการตรวจสอบรูปแบบส่วน จำกัด ของเทปฉันโดยทั่วไปหมายถึงสิ่งที่คุณเขียนในคำตอบของคุณ: เพียงทดสอบแต่ละขนาดที่มากที่สุด 50 และตรวจสอบว่าถึงสถานะการยอมรับ
— swegi

1
ฉันหวังว่าผู้คนจะหยุดเผยแพร่ตำนานที่เทปเครื่องทัวริงต้องไม่มีที่สิ้นสุด มันไม่ได้ - มันสามารถ จำกัด ได้ตราบใดที่มันขยายได้ตามต้องการ
— reinierpost
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.