29 Машина Тьюринга. Основные понятия.

Алгоритм - точное предписание, задающее пошаговый процесс, ведущий от исходных данных к результату за конечное число шагов

Машина Поста - математическое построение, предназначенное для уточнения понятия алгоритма

Машина Тьюринга - модель вычислительной машины, созданная А.Тьюрингом с целью уточнения понятия алгоритма. Машина Тьюринга определяется конечным числом состояний, конечным числом входных и выходных символов и командами преобразования пары (состояние, символ) в тройку (состояние, символ, перемещение ленты на одну позицию)

Программа - описание алгоритма решения задачи на языке, понятном компьютеру

Структура данных - организационная схема записи или массива, в соответствии с которой упорядочены данные, с тем чтобы их можно было интерпретировать и выполнять над ними определенные операции

Тип данных - характеристика набора данных, которая определяет диапазон возможных значений данных из набора; допустимые операции, которые можно выполнять над этими значениями; способ хранения этих значений в памяти

Операционная среда - совокупность компьютерных программ, обеспечивающая оператору возможность управлять вычислительными процессами и файлами. Операционная среда может быть частью ОС или включать в себя ОС как составную часть

Эмуляция - имитация работы одной системы средствами другой без потери функциональных возможностей и искажений результатов.

Машина Тьюринга (МТ) — абстрактный исполнитель (абстрактная вычислительная машина). Была предложена Аланом Тьюрингом в 1936 году для формализации понятия алгоритма.Машина Тьюринга является расширением конечного автомата и, согласно тезису Чёрча — Тьюринга, способна имитировать все другие исполнители (с помощью задания правил перехода), каким-либо образом реализующие процесс пошагового вычисления, в котором каждый шаг вычисления достаточно элементарен.

Устройство машины ТьюрингаВ состав машины Тьюринга входит бесконечная в обе стороны лента (возможны машины Тьюринга, которые имеют несколько бесконечных лент), разделённая на ячейки, и управляющее устройство, способное находиться в одном из множества состояний. Число возможных состояний управляющего устройства конечно и точно задано.Управляющее устройство может перемещаться влево и вправо по ленте, читать и записывать в ячейки ленты символы некоторого конечного алфавита. Выделяется особый пустой символ, заполняющий все клетки ленты, кроме тех из них (конечного числа), на которых записаны входные данные.Управляющее устройство работает согласно правилам перехода, которые представляют алгоритм, реализуемый данной машиной Тьюринга. Каждое правило перехода предписывает машине, в зависимости от текущего состояния и наблюдаемого в текущей клетке символа, записать в эту клетку новый символ, перейти в новое состояние и переместиться на одну клетку влево или вправо. Некоторые состояния машины Тьюринга могут быть помечены как терминальные, и переход в любое из них означает конец работы, остановку алгоритма.Машина Тьюринга называется детерминированной, если каждой комбинации состояния и ленточного символа в таблице соответствует правило, и недетерминированной в противном случае.

Описание машины Тьюринга

Конкретная машина Тьюринга задается перечислением элементов множества букв алфавита A, множества состояний Q и набором правил, по которым работает машина. Они имеют вид: q_ia_j→q_i1a_j1d_k (если головка находится в состоянии q_i, а в обозреваемой ячейке записана буква a_j, то головка переходит в состояние q_i1, в ячейку вместо a_j записывается a_j1, головка делает движение d_k, которое имеет три варианта: на ячейку влево (L), на ячейку вправо (R), остаться на месте (H)). Для каждой возможной конфигурации <q_i, a_j> имеется ровно одно правило. Правил нет только для заключительного состояния, попав в которое машина останавливается. Кроме того, необходимо указать конечное и начальное состояния, начальную конфигурацию на ленте и расположение головки машины.