可判定问题和不可判定问题解释


在了解计算理论 (TOC) 中的可判定问题和不可判定问题之前,我们必须先了解可判定语言和不可判定语言。因此,让我们首先看看可判定语言是什么意思。

可判定语言

如果存在一个判定器 M 使得 L(M) = L,则语言 L 称为可判定的。

  • 给定一个判定器 M,您可以了解字符串 w 是否属于 L(M)。

    • 在 w 上运行 M。

    • 尽管可能需要很长时间,但 M 最终会接受或拒绝 w。

  • 集合 R 是所有可判定语言的集合。

    • 如果 L 可判定,则 L ∈ R。

不可判定语言

如果所有“是”实例到问题 P 的语言 L 不可判定,则决策问题 P 不可判定。

不可判定语言可能是部分可判定的,但不是可判定的。假设,如果一种语言甚至不是部分可判定的,那么对于该语言不存在图灵机。

问题

确定下面给出的问题是可判定的还是不可判定的。

“假设给定的输入是一些图灵机 M 和一些字符串 w。问题是要确定机器 M 在输入字符串 w 上执行时,其读写头是否会连续三次连续向左移动。”

解决方案

定义 M' 是一个图灵机,它以 (M,w) 为输入,其中 M 是 M' 识别的图灵机,w 是 M 的输入。

每当模拟的机器 M 在处理输入 w 时将读写头向左移动时,M' 停止并接受 (M,w)。

对于 M' 的特定输入 (M,w),构造图灵机 P 为 -

  • P 在 (M,w) 上执行 M'

  • 如果 M' 接受 (M,w),则 P 停止并接受任何输入。

我们试图将通用图灵机 U 归约到 P,因为我们知道 L(U) 不可判定,并且我们也得出结论 L(P) 不可判定。因此,M' 不可判定。

证明是通过反证法。

假设这个问题是可判定的,然后我们必须证明改变图灵机 (ATM) 也是可判定的 -

ATM = {M 是一个 TM,并且 M 接受 w}。

设 R 是一个判定左端问题的图灵机。

也就是说,R 决定语言

leftmost = {M 在输入 w 上尝试将读写头移到最左侧磁带单元格时,其读写头位于最左侧磁带单元格}。

现在,想法是构造一个图灵机 S,它以这样一种方式决定 ATM,即它使用 R。

在输入时,S 首先将机器 M 修改为 M',以便仅当 M 接受其输入时,M' 才将其读写头从最左侧单元格向左移动。

为了确保在计算过程中,M' 不会从最左侧位置向左移动读写头,

首先,机器 M' 将输入 w 向右移动一个位置,并在最左侧磁带单元格上放置一个特殊符号。M' 的计算从读写头位于第二个磁带单元格开始。

在计算过程中,M' 尝试将其读写头移动到最左侧磁带单元格时,M' 通过读取特殊符号来发现这一点,并将读写头放回第二个单元格,并继续执行。如果 M 进入接受状态,则 M' 进入一个循环,迫使读写头始终向左移动。

在 S 构造完 M' 后,它在输入 <M'; w> 上运行判定器 R。

如果 R 接受,则 S 接受,否则如果 R 拒绝,则 S 拒绝。

因此,ATM 是可判定的,这是一个矛盾。

更新于: 2021年6月14日

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