- •8. Теория алгоритмов.
- •8.1 Понятие алгоритмической системы.
- •Общие свойства алгоритмов.
- •Способы задания алгоритмов
- •8.2 Формализация понятия алгоритма. Универсальные модели алгоритмов.
- •8.3 Рекурсивные функции.
- •8.4 Машина тьюринга. Введение. История вопроса.
- •Область использования машины Тьюринга
- •8.5. Тезис Черча. Алгоритмически неразрешимые проблемы.
- •8.6 Меры сложности алгоритмов. Классы задач p и np.
- •Принцип работы машины Тьюринга.
- •8.7 Понятие сложности вычислений. Np- полные задачи.
- •8.8 Вопросы для самопроверки.
- •9. Задачи и упражнения.
8.4 Машина тьюринга. Введение. История вопроса.
В 1935 г. возникло
такое положение: свойства, обнаруженные
у некоторого точно определенного класса
вычислимых теоретико-числовых функций,
изучавшихся Чёрчем и Клини в 1932—1935 гг.
и названных "
-определимыми
функциями", упорно подсказывали
мысль, что этот класс, может быть,
охватывает все функции, которые в
соответствии с нашим интуитивным
представлением можно рассматривать
как вычислимые. При этих обстоятельствах
Чёрч выдвинул тезис (опубликован в 1936
г.), что все функции, которые интуитивно
мы можем рассматривать как вычислимые,
или, говоря его словами, как «эффективно
вычислимые», являются
-определимыми,
или, эквивалентным образом, общерекурсивными.
Несколько позже,
но независимо появилась статья Тьюринга
(1936), в которой был введен еще один точно
определенный класс интуитивно вычислимых
функций, которые мы будем называть
«функциями, вычислимыми по Тьюрингу»,
и относительно этого класса было
высказано такое же утверждение; это
утверждение мы называем тезисом
Тьюринга.Вскоре Тьюрингом [1937] было
показано, что его вычислимые функции —
это то же самое, что
-определимые
функции, и, следовательно, то же самое,
что и общерекурсивные функции. Поэтому
тезисы Тьюринга и Чёрча эквивалентны.
Мы будем обычно ссылаться на оба эти
тезиса как натезис Чёрча,а в связи
с тем его вариантом, в котором идет речь
о «машинах Тьюринга»,— как натезис
Чёрча — Тьюринга. В 1936 г. Пост независимо
от Тьюринга опубликовал в довольно
сжатом изложении формулировку, в основе
ту же, что у Тьюринга. В 1943 г., основываясь
на своей неопубликованной работе 1920—
1922 гг., он опубликовал третий эквивалент
аналогичного тезиса. Еще одну эквивалентную
формулировку дает теория алгоритмов
Маркова [1951г].
Область использования машины Тьюринга
Понятие машины Тьюрингавозникает в результате прямой попытки разложить интуитивно известные нам вычислительные процедуры на элементарные операции: Тьюринг привел ряд доводов в пользу того, что повторения его элементарных операций было бы достаточно для проведения любого возможного вычисления. Поэтому машина Тьюринга (МТ) используется:
если требуется доказать возможностьалгоритмической реализации вычислительной функции;
если требуется оценитьвычислительную сложностьилитрудоемкостьрешения задачи по данному алгоритму, т.е. время выполнения алгоритма.
Для этого мы моделируем работу произвольного алгоритма в терминах рассматриваемой задачи. Затем определяетсякласс машин-вычислителей, которые могут решить данную задачу – формально описываются правила работы машины, исходные данные, ограничения и т.д. (поскольку в определении задачи ничего не говорится о программах так таковых в привычном для нас понимании, то алгоритмическаяразрешимостьилинеразрешимость, сводится к проблеме остановки произвольного алгоритма решения задачи). В качестве машины-вычислителя выберем машину Тьюринга, поскольку ранее было показано, что всякая вычислимая функция реализуема на МТ и сведем решение данной задачи к существующим группам задач, для которых известно, что они решаются на МТ.
