Skip to content

Latest commit

 

History

History
94 lines (72 loc) · 2.93 KB

Week5.md

File metadata and controls

94 lines (72 loc) · 2.93 KB

Week 5: Turing Machine

Complexity Notation

Notation Formula Note
$f\in O(g)$ $\exists M.\ \exists C.\ \forall n \geq M.\ f(n)\leq C\times g(n)$ Upper Bound
$f\in \Omega(g)$ $\exists M.\ \exists B> 0.\ \forall n\geq M.\ B\times g(n)\leq f(n)$ Lower Bound
$f\in \theta(g)$ $\exists M.\ \exists C.\ \exists B > 0.\ \forall n\geq M.\ B\times g(n)\leq f(n)\leq C\times g(n)$ Upper & Lower Bound

Turing Machine

其使用一个 无限的 tape 作为其内存,其使用 head 以写入或读取数据。

集合符号 示意 示例
Tape Alphabet $T$ 包含一切可以存在于 tape 中的字符 $T=\left{ a, b, ␣\right}$
Input Alphabet $\Sigma\subseteq T$ 一切用于输入的字符 $\Sigma=\left{ a, b\right}$
Return Value $V$ 用于返回的集合 $V=\left{ \text{True},\ \text{False}\right}$
State $X$ 状态节点 $X=\left{ q_0, q_1, q_2, q_3\right}$
Initial State $p\in X$ 初始状态 $p=q_0$
Transition Function $\delta$ 状态转移函数 See below

$$ \begin{aligned} T &= {␣, a, b }\ V &= { \text{Even}, \text{Odd} }\ \end{aligned} $$ 我们可以定义这个 TM over $T,\ V$configuration $$ \begin{aligned} &X = {3, 2, 6, 73, 51} \ &p = {3} \ &\begin{aligned} \delta = {\ &3 &\mapsto& Read(a\mapsto 1, b\mapsto 2,␣\mapsto 6 )\ &2 &\mapsto& Right\ 2\ &6 &\mapsto& Return\ \text{Even}\ &5 &\mapsto& Read(a\mapsto 2, b\mapsto 1, ␣\mapsto 73)\ &73&\mapsto& Return\ \text{Odd}\ &1 &\mapsto& Right\ 5\ }& \end{aligned} \end{aligned} \ \newcommand{\defeq}{\overset{\text{\tiny def}}{=}} \newcommand{\ldefeq}{\mathrel{\raisebox{-0.3ex}{$\defeq$}}} \text{Configuration}\defeq(X,\ p,\ \delta) $$

对于其使用,例如:

Tape State Oper
$\dot{b}aba$ 5 $\text{Read }b$
$\dot{b}aba$ 12 $\text{Right}$
$b\dot{a}ba$ 5 $\text{Read }a$
$b\dot{a}ba$ 3 $\text{Write }b$
$b\dot{b}ba$ 4 $\text{Right}$
$bb\dot{b}a$ 5 $\text{Read }b$

Macro

$\mathcal{M}_1$ $\mathcal{M}_2$

如果将上文的 TM $\mathcal{M}_1$$\mathcal{M}_2$ 合并,我们可以将状态 7 看作一个 macro,因此我们可以获得:

Variants

Auxiliary Characters/辅助字符

对于一个 TM,我们可以认为其输入为 $\Sigma={a, b}$,但是在程序之中我们可以使用一些辅助字符,我们只需要保证输出不包含其即可,例如我们可以定义 $Aux={a, b, a', b'}$

Auxiliary/Multitape TM

如果一个 TM 包含超过 1 条 Tape:

2 Dimensional TM