Яка найпростіша неперервна 2-штатна універсальна машина Тьюрінга?


31

Я хочу закодувати просту машину Тюрінга в правилах карткової гри. Я хотів би зробити його універсальною машиною Тьюрінга, щоб довести повноту Тьюрінга.

Поки що я створив ігровий стан, який кодує двошарову, 3-символьну машину Тюрінга Алекса Сміта . Однак, схоже, (вірно базується на Вікіпедії), існує певна суперечка щодо того, чи справді машина (2, 3) є універсальною.

Заради rigour, я хотів би, щоб моє доказ містив "неперервну" UTM. Тому мої запитання:

  1. Чи вважається (2,3) машина універсальною, неуніверсальною чи суперечливою? Я не знаю, де було б поважне місце шукати, щоб знайти відповідь на це.

  2. Якщо машина (2,3) не є загальноприйнятою як універсальна, то який найменший N такий, що (2, N) машина беззаперечно приймається як універсальний?

Відредаговано, щоб додати: Було б також корисно знати будь-які вимоги щодо нескінченної стрічки для згаданих машин, якщо ви випадково їх знаєте. Здається, що для машини (2,3) потрібен початковий стан стрічки, який не є періодичним, який буде складно моделювати в рамках правил карткової гри.


3
До речі, я не можу сказати, чи краще питання Тюрінга розміщуватимуться тут або в MathOverflow. Я спробую тут спершу, тому що у cs є тег "машини для тюрінга", а МО - ні. Я не симулюю-перетинаю, згідно з політикою, але я радий перенести це питання, якби це було кращим місцем для нього.
AlexC

12
Я думаю, що це розумне місце для цього питання.
Суреш Венкат

4
До заголовка додано "універсальний". (Найпростіша 2-державна машина Тьюрінга зупиняється з будь-якої держави, коли читає будь-який символ.)
Jeffε

1
PS yrs тому шукали опитування про підґрунтя твердження універсальності в стільникових автоматах безрезультатно. це здається, що воно мало інтегровано в літературу. Концепція є досить поширеною у "фольклорі" на цій пташці, але не дуже обґрунтована формальними дефанзаціями / доказами / теорією. wolfram багато зробив у цій галузі, але, як багато хто зазначив, значна частина його стилю є більш експерименталістською.
vzn

2
Хе. Співробітник кладе папір ( arxiv.org/abs/1904.09828 ) на Slack і ботає мене, я гугл "2,18 універсальна токарна машина", і ось ми. Вітаємо!
Сіан

Відповіді:


12

З часу роботи, цитованої в попередніх відповідях, з’явилися нові результати. Це опитування описує сучасний стан (див. Малюнок 1). Розмір найменшої відомої універсальної машини Тьюрінга залежить від деталей моделі, і ось два результати, що мають відношення до даної дискусії:

  • Є 2-штатна, 18-символьна стандартна універсальна машина (Рогожин 1996. ТКС, 168 (2): 215–240). Тут ми маємо звичайне поняття порожнього символу в одному або обох напрямках однієї стрічки.
  • rl

Здається, що (2,18) є для вас найбільш корисним.

MwtMwt

Neary, Woods SOFSEM 2012, Найменші відомі універсальні машини Тьюрінга

На малюнку показані найменші відомі універсальні машини для різноманітних моделей машин Тьюрінга (взяті з Neary, Woods SOFSEM 2012), посилання можна знайти тут .


13

Це не реальна відповідь на ваше запитання (я не знаю багато про машинну дискусію (2,3)); але я пропоную вам статтю " Малі машини Тюрінга та генералізована конкуренція на бобрах ". Я швидко прочитав це деякий час тому, і він має гарний графік з межею між 4 типами маленьких ТМ:

  • рішуче
  • відкрита проблема, схожа на Колац
  • 3x+1
  • універсальний

малюнок з паперу

(можливо, деякі результати були покращені).

Поняття ТМ, що використовується в роботі, є стандартним визначенням ТМ, що використовується в роботах на невеликих універсальних машинах Тьюрінга:

... Вони мають унікальну одновимірну нескінченну стрічку в обох напрямках і унікальну двосторонню голову для читання-запису. Існує порожній символ, позначений числом 0. Спочатку кінцеве слово, вхід, записується на стрічку, інші клітини містять порожній символ, голова зчитує крайній лівий символ введення, а стан - початковий стан. На кожному кроці, відповідно до поточного стану машини та символу, прочитаного головою, символ змінюється, голова рухається вліво або вправо (і не може залишатись читати ту саму клітинку), і стан змінюється. Обчислення зупиняється, коли досягається особливий стан зупинки. ...


1
Посилання йде на папір Алекса Сміта, а не на той документ, який, на вашу думку, ви мали намір.
Jeffε

Дуже корисне посилання. Спасибі. Схоже, я, можливо, найкраще збираюся (2, 18).
AlexC

Читаючи цей папір, в ньому йдеться про те, що 2-х символ 3-х машин Тьюрінга мають вирішальну проблему зупинки, тому машина-символ Тюрінга Wolfram 2, стан 3, не може бути універсальною.
Крейг Файнштейн

1
@CraigFeinstein: ТМ Wolfram (2,3) дещо відрізняється від звичайних ТМ: він не має стану зупинки і вимагає і нескінченної неповторної підтримки стрічки. Його навіть не можна вважати слабко універсальним (слабо універсальний ТМ вимагає нескінченного повторного малюнка в обох напрямках)
Marzio De Biasi

11

Також можна досягти універсальності за допомогою 7 станів та 2 символів, хоча застосовується багато однакових заперечень (нерівномірні початкові умови на нескінченній стрічці та незвичні умови припинення). Дивіться http://11011110.livejournal.com/104656.html та http://www.complex-systems.com/abstracts/v15_i01_a01.html

Вони засновані на моделюванні стільникового автомата правила 110, доведеного універсальним Меттью Куком, і Кук також виявив 2-станційне 5-символьне моделювання правила 110, якщо ви приєдналися до обмеження, що існує лише два стани.


Двоступеневе обмеження буде набагато легше імітувати, ніж ТМ з більшою кількістю станів. На даний момент я думаю, що мені буде простіше зробити 2-станційну, 18 кольорову ТМ, ніж одну з 3 станами і навіть невеликою кількістю кольорів.
AlexC

(2, 5) цікавий і може бути корисним проміжним кроком для мене. Але з цих посилань виглядає так, що мені доведеться підійти до (2, 18), щоб знайти те, що дозволяє мені почати лише з кінцевої кількості неяскравих комірок на початковій стрічці. Спасибі!
AlexC

5

S0s<SC0c<C2LRC+4SC

У будь-який час лише поточна комірка або дві клітини, що беруть участь у переході, можуть мати покращені кольори: всі інші клітини мають своє справжнє забарвлення. Ми хочемо, щоб наша машина поводилася так: перевіримо, який справжній перехід потрібно виконати, перемістіть інформацію про "справжній стан" з комірки, яку ми хочемо залишити до цільової комірки (для цього потрібно багато назад і вперед), очистіть клітинку, яку ми залишили (надаючи їй справжній колір), повторіть.

(c,s)LR(cnew,snew,emit)L

cLc(c,0,L,receive)R

cc(c,s,emit)(c,0,L,receive)cc
ss0L

Ось переходи для його здійснення. Майже у всіх випадках рухайтесь у напрямку, визначеному поточним станом, потім переверніть стан

  1. c(c,0,dir,receive)dir

  2. (c,s)(cnew,snew,emit)

  3. (c,s,emit)(c,s1,emit)s>0

  4. (c,0,emit)c

  5. (c,s,dir,receive)(c,s+1,dir,receive)dir

  6. (c,s,dir,receive)(c,s)dir

C+3SC


0

якщо ви ретельно не визначите "неперервний" якимсь технічним способом, це не точна відповідь. ось ще одна маленька машина, заснована на правилі 110, виявилася універсальною в певному сенсі, але я розумію, що вона вимагає нескінченних періодичних формувань стрічки введення (і так само видобуток наприкінці, коли машина зупиняється). не бачив випуску стрічки "періодичне проти неперіодичного", описаного в літературі, хоча його обговорювали, наприклад, у списках розсилки з математики [Основи списку розсилки з математики]


-3

Підтвердження універсальності Алекса Сміта Тюрінгової 2-штатної, 3-символьної машини Тюрінга, безумовно, не є суперечливою. Наведений доказ універсальності (не машина) вимагає нескінченного малюнка на стрічці Тюрінга, і питання полягав у тому, чи варто допускати такі конфігурації (про звичайну «порожню» стрічку можна думати як про безмежний повторюваний візерунок порожніх символів). Висновок полягав у тому, що доки фіксується конфігурація на машинній стрічці (тобто вона не змінюється після запуску обчислення, і залишається однаковою для будь-яких обчислень), то універсальні обчислення здійснює машина Тьюрінга. Зверніть увагу, що це правило НЕ суперечливо для правила Елементарного стільникового автомата Вольфрама 110, що Вольфрам і Кук довели універсальність. Доказ універсальності правила 110 також вимагає нескінченної схеми для початкової конфігурації, тієї, яка відрізняється з обох сторін, і тому вона має однаковий характер для 2-штатної, 3-символьної машини Тьюрінга. Інша стурбованість полягала в тому, що, можливо, таке послаблення початкової умови (порожня) вимога зробить деякі загальноприйняті нетургінські універсальні автомати, такі як кінцеві стану, лінійно обмежені або відсунуті автомати, щоб згадати деякі приклади, але це не так і це поважає ієрархію Хомського. Так що, безумовно, не є суперечливим, чи є 2-штатна, 3-символьна машина Тьюрінга універсальною, але її доказ універсальності вимагав варіації того, що зазвичай вважається вмістом звичайної стрічки машини Тьюрінга. Це не означає, до речі, що 2-стан,


Намагаючись проаналізувати цей довгий аргумент, я роблю висновок, що (2,3) -ТМ Сміта явно є лише універсальним у слабкому сенсі. Однак деякі інші відповіді вже детально обговорили це, посилаючись на документи з класифікаціями, які намагаються зробити цю розповідь математично точною. Також зауважте, що не всі моделі TM передбачають нескінченну порожню стрічку для початку.
Андраш Саламон

Ваш коментар лише демонструє, що ви ігноруєте цю територію. Я не використовував жодних складних понять для того, хто знає основи машин Тьюрінга (наприклад, початкова конфігурація, порожній символ тощо). Знову ж таки, єдина відмінність, яка вже прийнята для інших видів автоматів, полягає в тому, що машина Сміта-Вольфрама Тьюрінга не починається з чистої стрічки. У правильній відповіді -3 чітко видно, як демократія та популярність не означають правди, більш релевантна реалізація, ніж будь-що інше, з огляду на вид клоунів, які нині керують світом під парасолькою демократії.
користувач2230103
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.