Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

2042

.pdf
Скачиваний:
36
Добавлен:
07.01.2021
Размер:
2.75 Mб
Скачать

 

П р и м е р .

Имеется машина

Тьюринга с внешним алфавитом

А a0,1 , алфавитом внутренних состояний Q q0,q1 и программой

(функциональной схемой).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

q0

 

q1

 

 

А

 

 

 

 

a0

 

 

 

q01

 

 

1

 

 

 

q11

 

Так как q0 заключительное состояние машины, в столбце, соответствующем q0 , ничего не записано. Функциональную схему представим в виде последовательности из двух команд: q1a0 q01; q11 q11 . Определить, в какое слово перерабатывает машина слово 11a0 111a0 1, если она находится в начальном состоянии q1 и

обозревает вторую ячейку, считая слева. Изобразить схематически последовательность конфигураций, возникающих на ленте на каждом такте работы машины.

Р е ш е н и е .

Начальное положение (начальная конфигурация) изображается на ленте в виде последовательности символов

q1

 

1

1

 

a0

1

 

1

 

1

 

a0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Машина

находится

в

начальном

 

состоянии

q1 и обозревает

ячейку, в которой записана буква 1; в ячейке слева записана буква 1, а в ячейке справа буква a0 , т.е., согласно определению этого символа,

ничего не записано.

На первом такте работы по команде q11 q11 машина остается в прежнем состоянии q1 , в обозреваемую ячейку вписывает букву 1

(т.е. оставляет ячейку неизменной) и переходит к обозрению следующей правой ячейки (т.е. ячейки 3). Получили конфигурацию

q1

 

 

1

 

1

 

a0

1

 

1

1

 

a0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На

втором

такте работы по команде q1a0 q01машина вписывает

в обозреваемую

ячейку

3

букву 1,

продолжает

обозревать ту же

ячейку и переходит в состояние q0 , т. е. останавливается. Полученная

конфигурация имеет вид

q0

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

1

 

 

1

1

 

1

 

a

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом,

слово 11a0 111a0 1 перерабатывается машиной в

слово 111111a01.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П р и м е р .

Имеется

машина

Тьюринга

с

 

внешним алфавитом

Α a0,1 ,

 

 

 

алфавитом

 

внутренних

состояний

Q q0,q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7 и с программой (функциональной схемой)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

q1

 

 

q2

 

 

 

q3

 

q4

 

q5

 

q6

 

 

q7

 

 

 

 

 

Α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

0

 

q a

 

q a

 

 

q a

 

q 1

q a

 

q0a0

 

q a

 

 

 

 

 

4

0

 

6

0

 

6

0

 

0

 

4

0

 

 

6

0

 

 

 

1

 

q21

q31

 

q11

q5a0

q5a0

q7a0

 

q7a0

Изобразить получающиеся конфигурации на каждом такте работы машины и определить, в какое слово перерабатывает машина, исходя из начального стандартного начального положения, слово 111.

Р е ш е н и е .

Последовательность конфигураций при переработке машиной слова 111 из начального положения будет следующей:

1)

 

 

 

 

 

q1

7)

 

 

 

q4

 

 

 

 

 

 

 

1

1

1

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

2)

 

 

 

 

q2

 

 

 

8)

 

 

 

q5

 

 

 

 

 

 

 

1

1

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

3)

 

 

 

q3

 

 

 

 

9)

 

 

 

 

q4

 

 

 

 

1

1

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

4)

 

 

q1

 

 

 

 

 

10)

 

 

 

 

q5

 

 

 

 

1

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5)

 

 

 

q4

 

 

 

 

11)

 

 

 

 

 

q4

 

 

 

 

1

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6)

 

 

 

q5

 

 

 

 

12)

 

 

 

 

 

q0

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

Слово 111 из начального стандартного состояния переработано

машиной в слово 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П р и м е р . Для условий примера 2 записать программу машины Тьюринга в виде последовательности команд.

Р е ш е н и е .

Последовательность команд имеет следующий вид:

q11 q11 ; q21 q31 ; q31 q11 ; q1a0 q4a0 ; q41 q5a0 ; q5a0 q4a0 ; q41 q5a0 ; q5a0 q4a0 ; q41 q5a0 ; q5a0 q4a0 ; q4a0 q01.

Договоримся представлять натуральные числа в единичном коде,

тогда число x представляется словом 1....1 1x , состоящим из x единиц. В качестве разделителя слов примем символ *. Тогда сложить

два числа a и b означает слово 1a 1b переработать в слово 1a b , т.е.

удалить разделитель и сдвинуть одно из слагаемых к другому. Тогда

числовая функция

f xi ,...,xn

вычислима

по Тьюрингу, если

существует машина

Тьюринга,

такая что

q 1x1 1x2

... 1xn в

 

 

 

1

q 1y , когда

результате конечного числа шагов приходит в состояние

f x1,...,xn y .

 

 

 

0

 

 

 

 

Контрольные вопросы

1.Дайте «интуитивное» определение алгоритма.

2.Каковы основные требования к алгоритмам?

3.Что такое «тезис Чёрча»?

4.Дайте определение базисных (простейших) функций и операторов суперпозиции и примитивной рекурсии.

5.Какие функции называют примитивно-рекурсивными?

6.Дайте определение машины Тьюринга?

Упражнения

1. Показать, что рекурсивными: а)

следующие функции являются примитивно-

 

0, если x 0;

f x, y xy; б) sign

 

x

 

1, если x 0.

2. Построить машину Тьюринга, производящую сложение двух чисел

a и b , т.е. перерабатывающую слово 1a 1b в слово 1a b (удалить разделитель и сдвинуть одно слагаемое к другому).

3. Построить машину Тьюринга, которая бы к натуральному числу в десятичной системе исчисления прибавляла единицу.

4. Построить машину Тьюринга, осуществляющую переработку слова a в слово a a .

Расчетно-графическая работа по разделу «Математическая кибернетика»

1.Составить словесные алгоритмы для решения следующих задач:

1)умножение n чисел a1,a2 ,...,an ;

2)вычисление скалярного произведения двух векторов;

3)сложение двух векторов;

4)умножение вектора на скаляр;

5)сложение двух матриц;

6)вычисление определителя второго порядка;

7)умножение матрицы на матрицу;

8)вычисление n!;

9)поиск максимального элемента из множества A a1,a2 ,...,an ;

10)умножение матрицы на вектор;

11)транспортирование матрицы;

12)определение множества M , равного пересечению двух

множеств M1 и M 2 ( M M1 M2 );

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ax b

 

13)

вычисление значений дробно-линейной функции y

;

cx d

 

деление комплексных чисел a bi : c di

 

 

14)

x yi;

 

15)

вычисление значения sin x x

 

x3

 

 

x5

 

;

 

 

 

 

 

3!

 

5!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16)

вычисление значения cos x 1

 

x2

 

x4

;

 

 

 

 

 

2!

 

4!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17)

вычисление значения ex 1

x

 

 

x2

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1!

2!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18)

вычисление значения ln 1 x x

x2

 

x3

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

3

 

 

 

 

19)поиск минимального элемента из множества A a1,a2 ,...,an ;

20)вычисление значения функции f x ax b , x 0;1;2;

21)вычисление числа M rn ;

22)

вычисление

f x

0

для

f x

3x2

1,

x 0;1;2 .

 

 

 

 

 

 

 

0

23)

вычисление a bi c di ;

 

 

 

24)вычисление a bi c di ;

25)вычисление S ABC , ограниченного линиями x 0; y 0;

x y a , a 2;3;4 ;

26)

вычисление

n

 

 

ai ;

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

n

 

 

27)

вычисление

ai bi , если A a1,a2 ,...,an ; B b1,b2 ,...,bn ;

 

 

 

i 1

 

 

28)

вычисление

Am ;

 

 

 

 

 

n

 

 

29)

вычисление Cnm ;

 

 

30)

получение последовательности чисел Фибоначчи

1,1, 2, 3, 5, 8,13, 21. . . .

алфавитом A a0,1 ,

2. Имеется машина Тьюринга с внешним

алфавитом внутренних состояний Q q0,q1 и программой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

q0

q1

 

 

 

A

 

 

 

 

a0

 

 

q01

 

 

 

1

 

q2a0 Л

q11

 

Определить, в какое слово перерабатывает машина каждое из

следующих слов,

если она находится в начальном состоянии q и

обозревает указанную ячейку, считая слева:

1)11a0111a01 (обозревается ячейка 2);

2)1a0a0111 (обозревается ячейка 3);

3)1111a011 (обозревается ячейка 4);

4)11a01111 (обозревается ячейка 3);

5)1111111 (обозревается ячейка 4);

6)11111 (обозревается ячейка 5);

7)111…1 (k единиц, обозревается k -я ячейка);

8)11a011 (обозревается ячейка 3).

Изобразите схематически последовательность конфигураций, возникающих на ленте на каждом такте работы машины.

3. Машина Тьюринга задана следующей функциональной схемой:

 

Q

q0

q1

q3

A

 

a0

 

q31

q1a0 Л

1

q2a0 Л

q21Л

q31

 

q0a0

q2 * Л

q3

Определить, в какое слово перерабатывает машина каждое из следующих слов, исходя из начального стандартного состояния: 1)

111*111; 2) 1111*11; 3) 111*1; 4) 1*11; 5) 11*111; 6) 11111*; 7) *1111.

4. Дана машина Тьюринга с внешним алфавитом

A a0

,1 ,

алфавитом внутренних

состояний

Q q0 , q1,q2 ,q3,q4 ,q5,q6 ,q7 и

функциональной схемой (программой)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

q1

q2

q3

 

q4

q5

q6

q7

 

 

A

 

 

 

a0

q4a0

q6a0

q6a0

 

q01

q4a0

q0a0

q6a0

 

 

1

q21Л

q31Л

q11Л

 

q5a0

q5a0

q7a0

q7a0

 

 

Изображая на каждом такте работы машины получающуюся конфигурацию, определить, в какое слово перерабатывает машина каждое из следующих слов, исходя из начального стандартного положения:1) 11111; 2) 111111; 3) 1111; 4) 1111111; 5) 1a0111a0a01111 ; 6) 11a0a0111111 ; 7) 11a0111 ; 8) 11a0a011111 .

5. На ленте записано слово из n

единиц 11…1; n 1. Построить

машину Тьюринга с внешним

алфавитом A a0,1 , которая

отыскивала бы левую единицу этого слова (то есть приходила бы в состояние, при котором обозревалась бы ячейка с самой левой единицей данного слова, и в этом положении останавливалась), если в начальный момент головка машины обозревает одну из ячеек с буквой данного слова.

6. Машина Тьюринга определяется следующей функциональной схемой

Q

q1

q2

q3

q4

A

 

 

 

 

 

a0

q4a0

q3a0

q1a0

q0a0Л

1

q2

q1

q11

q11Л

 

q1 Л

q2

q31Л

q4a0

 

q1 Л

q2

q3a0Л

q41

Для следующих слов определить, в какое слово перерабатывается каждое из них машиной, исходя из начального положения, при

котором

машина

находится

в

состоянии q1

и

обозревается

указываемая ячейка, считая слева:

 

 

 

1)

11111 (обозреваемая ячейка 2);

 

 

2)

111 (обозреваемая ячейка 1);

 

 

 

3)

1111111111 (обозреваемая ячейка 4);

 

 

4)

111111 (обозреваемая ячейка 2);

 

 

5)

111111111111111 (обозреваемая ячейка 6).

 

 

7. На ленте записано слово из

n

единиц 11…1; n 1. Построить

машину

Тьюринга

с внешним

алфавитом

A

a0,1 , которая

отыскивала бы левую единицу этого слова (то есть приходила бы в состояние, при котором обозревалась бы ячейка с самой левой единицей данного слова, и в этом положении останавливалась), если в начальный момент головка машины обозревает одну из ячеек с буквой данного слова.

8. Постройте машину Тьюринга с внешним алфавитом A a0,1 , которая каждое слово в алфавите A1 1 перерабатывает в пустое слово, исходя из стандартного начального положения.

 

 

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

 

 

 

 

 

 

Задача

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

 

 

 

Пункт

1

2

2

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

 

 

 

Задача

3

3

3

3

3

3

2

3

2

2

2

2

2

2

2

 

 

 

Пункт

2

3

4

5

6

7

1

1

2

3

4

5

6

7

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант

16

 

17

 

18

 

19

 

20

 

21

 

22

 

23

 

24

 

25

 

26

 

27

 

28

 

29

 

30

 

 

Задача

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

 

Пункт

16

 

17

 

18

 

19

 

20

 

21

 

22

 

23

 

24

 

25

 

26

 

27

 

28

 

29

 

30

 

 

Задача

4

 

4

 

4

 

4

 

4

 

5

 

5

 

5

 

5

 

5

 

4

 

4

 

4

 

6

 

7

 

 

Пункт

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8

 

-

 

-

 

Библиографический список

1.Акимов О.Е. Дискретная математика: логика, группы, графы. – М.: Лаборатория Базовых знаний, 2001. – 376 с.

2.Аляев Ю.А., Тюрин С.Ф. Дискретная математика и математическая логика: учебник. –М.: Финансы и статистика, 2006.– 368 с.

3.Аристов В.В. Основы теории автоматов: конспект лекций. – Омск: Изд-

во ОмГТУ, 2006. – 84 с.

4.Галушкина Ю.И. Конспект лекций по дискретной математике. – М.:

Айрис-пресс, 2007. – 176 с.

5.Долгих Б.А., Петренко А.А. Дискретная математика: учебное пособие. –

М.: МГИУ, 2007. – 207 с.

6.Игошин В.И. Задачи и упражнения по математической логике и теории алгоритмов: учеб. пособие для студ. учеб. заведений. – М.: Издательский центр

«Академия», 2006. – 304 с.

7.Кочетков П.А. Введение в дискретную математику: учебное пособие. –

М: МГИУ, 2007. – 88 с.

8.Кузнецов О.П. Дискретная математика для инженера. – СПб.: «Лань», 2005. – 400 с.

9.Москинова Г.И. Дискретная математика. Математика для менеджера в примерах и упражнениях: учебное пособие. – М.: Университетская книга, Логос, 2007.– 108 с.

10.Плотников А.Д. Дискретная математика: учебное пособие. – М.: Новое знание, 2006. – 304 с.

11.Сечкина И.В. Математическая логика: конспект лекций. – Омск: Изд-

во ОмГТУ, 2007.– 48 с.

12.Соболева Т.С., Чечкин А.В. Дискретная математика: учебник для студ. втузов. – М.: Изд. центр «Академия», 2006. – 256 с.

13.Сикорский В.Т. Математический аппарат инженера.– Киев: Техника,

1975. – 206 с.

14.Судоплатов С.В., Овчинникова Е.В. Дискретная математика: учебник.

М.: ИНФРА-М; Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. – 256 с.

15.Шапорев С.Д. Дискретная математика: курс лекций и практических

занятий. – СПб.: БХВ–Петербург, 2007. – 400 с.

Учебное издание

Ирина Владимировна Бабичева, Валентина Федоровна Гавловская,

Альвина Ильинична Исакова

ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА

Курс лекций

***

Редактор И.Г.Кузнецова

***

Подписано к печати___.___.200__ Формат 60 90 1/16. Бумага писчая Оперативный способ печати Гарнитура Times New Roman Усл. п.л. 12,75, уч.-изд. л.9,3 Тираж 150 экз. Заказ № __

Цена договорная

Издательство СибАДИ 644099, г. Омск, ул. П.Некрасова, 10

___________________________________

Отпечатано в ОП издательства СибАДИ 644099, г. Омск, ул. П.Некрасова, 10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]