Печать: Ctrl+P → ориентация альбомная, масштаб 100 % (не «вписать в лист»), поля нет, «печать фона» включить — иначе пропадут рамки таблиц. На листе две одинаковые карточки: разрезать по пунктиру посередине, получится две штуки формата A5. Эта серая рамка на бумагу не печатается.
11 класс

Машина Тьюринга

Обзорный практикум по содержанию ФГОС к двенадцатой паре 11 класса

Зачем алгоритму строгое определение

«Понятная последовательность шагов» годится, пока алгоритм нужно написать. Чтобы доказать, что для задачи алгоритма нет вовсе, нужно точно знать, что такое алгоритм. Такие уточнения появились в 1930-х: машина Тьюринга (1936), машина Поста, рекурсивные функции, позже — нормальные алгорифмы Маркова. Все они оказались равносильны.

Устройство машины

  • Лента — бесконечная в обе стороны, разбита на клетки; в каждой клетке один символ алфавита. Пустая клетка — символ λ, им занята вся лента, кроме конечного числа клеток.
  • Головка видит одну клетку и за такт может записать в неё символ и сдвинуться на одну клетку: L — влево, R — вправо, N — остаться.
  • Состояния q1, q2, … — «память» машины; q1 — начальное, q0 — остановка.

Программа — таблица

Строка — состояние, столбец — символ под головкой, в клетке — команда: что записать, куда сдвинуть, в какое состояние перейти.

01λ
q11 R q10 R q1λ N q0

Эта машина идёт вправо, меняя 0 на 1 и 1 на 0, и останавливается на первой пустой клетке: 1011 → 0100. Что делать на такте, решают только состояние и символ под головкой.

Как выполнять вручную

Пиши столбиком по такту: состояние, номер клетки, что видим, команда. Такт — одна выполненная команда, последняя, переводящая в q0, тоже считается. Останавливает машину только q0, а не пустая клетка.

Такты на длинном слове

Длинное слово по тактам не пройти. Прогони машину на 1, 2 и 3 символах: если каждый новый символ добавляет одно и то же число тактов a, то тактов a·n + b. Обычно a — это число проходов по слову.

Своя программа на странице

По одной команде в строке: состояние, что видим, что пишем, сдвиг, новое состояние. Стрелка и комментарий после # — по желанию.

q1 1 -> 1 R q1
q1 λ -> 1 N q0

Эта программа дописывает единицу к ряду единиц. Пустая клетка — λ или _. Частые приёмы: «дойти до конца слова» — команда, которая переписывает символ сам в себя со сдвигом R в том же состоянии; «запомнить символ» — перейти в своё состояние для каждого символа.

Универсальная машина и тезис Чёрча—Тьюринга

Универсальная машина Тьюринга получает на ленте описание другой машины и её входное слово и делает то же, что та, — прообраз компьютера, где программа хранится в памяти рядом с данными. Тезис Чёрча—Тьюринга: всё, что вычислимо по алгоритму в интуитивном смысле, вычислимо на машине Тьюринга. Это не теорема: «интуитивный алгоритм» строго не определён, поэтому тезис нельзя доказать — его можно только опровергнуть, а этого не случилось.

Тренажёр и разбор темы: https://kibersvet.ru/11/mashina-tyuringa/
Материалы подготовлены с использованием технологий искусственного интеллекта.
11 класс

Машина Тьюринга

Обзорный практикум по содержанию ФГОС к двенадцатой паре 11 класса

Зачем алгоритму строгое определение

«Понятная последовательность шагов» годится, пока алгоритм нужно написать. Чтобы доказать, что для задачи алгоритма нет вовсе, нужно точно знать, что такое алгоритм. Такие уточнения появились в 1930-х: машина Тьюринга (1936), машина Поста, рекурсивные функции, позже — нормальные алгорифмы Маркова. Все они оказались равносильны.

Устройство машины

  • Лента — бесконечная в обе стороны, разбита на клетки; в каждой клетке один символ алфавита. Пустая клетка — символ λ, им занята вся лента, кроме конечного числа клеток.
  • Головка видит одну клетку и за такт может записать в неё символ и сдвинуться на одну клетку: L — влево, R — вправо, N — остаться.
  • Состояния q1, q2, … — «память» машины; q1 — начальное, q0 — остановка.

Программа — таблица

Строка — состояние, столбец — символ под головкой, в клетке — команда: что записать, куда сдвинуть, в какое состояние перейти.

01λ
q11 R q10 R q1λ N q0

Эта машина идёт вправо, меняя 0 на 1 и 1 на 0, и останавливается на первой пустой клетке: 1011 → 0100. Что делать на такте, решают только состояние и символ под головкой.

Как выполнять вручную

Пиши столбиком по такту: состояние, номер клетки, что видим, команда. Такт — одна выполненная команда, последняя, переводящая в q0, тоже считается. Останавливает машину только q0, а не пустая клетка.

Такты на длинном слове

Длинное слово по тактам не пройти. Прогони машину на 1, 2 и 3 символах: если каждый новый символ добавляет одно и то же число тактов a, то тактов a·n + b. Обычно a — это число проходов по слову.

Своя программа на странице

По одной команде в строке: состояние, что видим, что пишем, сдвиг, новое состояние. Стрелка и комментарий после # — по желанию.

q1 1 -> 1 R q1
q1 λ -> 1 N q0

Эта программа дописывает единицу к ряду единиц. Пустая клетка — λ или _. Частые приёмы: «дойти до конца слова» — команда, которая переписывает символ сам в себя со сдвигом R в том же состоянии; «запомнить символ» — перейти в своё состояние для каждого символа.

Универсальная машина и тезис Чёрча—Тьюринга

Универсальная машина Тьюринга получает на ленте описание другой машины и её входное слово и делает то же, что та, — прообраз компьютера, где программа хранится в памяти рядом с данными. Тезис Чёрча—Тьюринга: всё, что вычислимо по алгоритму в интуитивном смысле, вычислимо на машине Тьюринга. Это не теорема: «интуитивный алгоритм» строго не определён, поэтому тезис нельзя доказать — его можно только опровергнуть, а этого не случилось.