НОУ ИНТУИТ | Введение в схемы, автоматы и алгоритмы. Лекция 9: Алгоритмы: машины Тьюринга

Учитесь и получайте официальные документы БЕСПЛАТНО. Вы можете поддержать наш проект.

Регистрация Вход

Твой путь к знаниям!

Опубликован: 21.08.2007 | Уровень: специалист | Доступ: свободно | ВУЗ: Тверской государственный университет

Вам нравится? Нравится 36 студентам

| Поделиться |

Поддержать программу

Тьюрингово программирование

В этом разделе мы приведем примеры вычислений на машинах Тьюринга и рассмотрим некоторые общие приемы, позволяющие комбинировать программы различных м. Т. для получения более сложных вычислений. Будем считать, что ячейки ленты м.Т. занумерованы от $-\infty$ до $+\infty$ , причем в начальной конфигурации головка находится в 1-ой ячейке:

Рис. 9.2. Нумерация ячеек ленты машины Тьюринга

Пример 9.2.Функция f(x)=x+1

Унарное кодирование.

Пусть м.Т. ${\cal M}_1=<\{q_0,q_f \},\{\wedge,|\},P_1,q_0,q_f>$ , где $P_{1}: q_{0} |\to q_{0} | П, q_{0} \wedge \to q_{f} | Н$ .
Ясно, что м.Т. ${\cal M}_1$ проходит по массиву палочек слева направо и записывает в первой пустой ячейке новую |.
Бинарное кодирование.

Пусть м.Т. ${\cal M}_1^\prime=<\{q_0,q_1,q_f \},\{\wedge,0,1\}, P_1^\prime,q_0,q_f>$ , где $P_1^\prime$ :

$q_0 0\rightarrow q_0 0 \textit{П},\ \ q_0 1\rightarrow q_0 1 \textit{П},\ \ q_0 \wedge \rightarrow q_1 \wedge \textit{Л},\\q_1 0\rightarrow q_f 1 \textit{Н},\ \ q_1 1\rightarrow q_1 0 \textit{П},\ \ q_1 \wedge \rightarrow q_f 1 \textit{Н}.$

Нетрудно видеть, что эта машина в состоянии q₀ находит младший разряд двоичного входа, затем в состоянии q₁, идя справа налево, заменяет единицы на нули до тех пор, пока не находит 0 (или $\wedge$ ) и заменяет его на 1. Следовательно, м.Т. ${\cal M}_1^\prime\$ вычисляет функцию f(x) = x+1.

Пример 9.2. Копирование.

Рассмотрим функцию копирования (дублирования) слов в алфавите $\Sigma : copy(x)= x \times x$ (мы предполагаем, что $* \notin \Sigma$ ).

Для ее реализации используем один из типичных приемов Тьюрингова программирования - { it расширение алфавита}.Пусть $\Sigma ^{'}= \{ a^{'} | a \in \Sigma \}$ и $\Sigma _{1}=\Sigma \cup \Sigma ^{'}$ . М.Т. ${\cal M}_2$ , копирующая вход, работает следующим образом:

отмечает 1-ый символ входа, идет направо, ставит * после входа и возвращается в начало:
$q_0 a \rightarrow q_1 a^\prime \textit{П}\ (a \in \Sigma); \ q_1 a \rightarrow q_1 a \textit{П}\ (a \in \Sigma \backslash \{\wedge\}; \ q_1 \wedge \rightarrow q_2 * \textit{Л}; \\ q_2 a \rightarrow q_2 a \textit{Л}\ (a \in \Sigma \cup \{*\}); \ q_2 a^\prime \rightarrow q_a a^\prime \textit{П}\ (a \in \Sigma );$
в состоянии q_a движется направо и записывает a в первую свободную ячейку:
$q_a b \rightarrow q_a b \textit{П}\ (b \in \Sigma \cup \{*\}); \ \ q_a \wedge \rightarrow q_4 a \textit{Л}\;$
возвращается в отмеченную ячейку и передвигает метку ' на одну ячейку вправо, снова переходя в состояние q₂:
$q_4 a \rightarrow q_4 a \textit{Л}\ (a \in \Sigma \cup \{*\}); \ q_4 a^\prime \rightarrow q_5 a \textit{П}\ (a \in \Sigma ); \ q_5 a \rightarrow q_2 a^\prime \textit{Н}\ (a \in \Sigma );$
увидев символ * в состоянии q₅, останавливается:
$q_5 * \rightarrow q_f*\textit{Н}.$