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作者:张寅生
已知函数g(x1,…, xn),h(x1,…,xn, y, z),则函数 f :
f(x1,…,xn,0)= g(x1,…,xn) (1)
f(x1,…,xn,y+1)= h(x1,…,xn, y, f(x1,…,xn,y)) (2)
是由h和g经过递归得到的。
f 的计算与m-极小值计算称为m-递归函数计算;比它更为广义的递归函数类(包括阿克曼递归函数计算等,在此不述)-----广义递归计算即所说的递归函数计算。
定义1 邱奇-图灵论题(Church-Turing Thesis, CTT,即图灵定理):每个能行可计算(图灵计算)函数都是递归函数。
定义2 图灵机(M)是一个6元组:
M=<Q,Σ,Г,δ,q0, F>
其中:
Q:有限状态集合。
Σ:输入的字母表。
Г:数据带的字母表。
δ:转移函数。
q0:初始状态。
F:停机状态。
Accept:接受状态。
Reject:拒绝状态。
Accept≠Reject。
例1 函数Y=f(x)= 2x的图灵机T见例11.1的转移函数δ(见表1),现用递归函数加以表示,它表明图灵计算为什么是递归的。
表1 Y=f(x)=2x的图灵机指令集(转移函数δ)
当前状态 | B被扫描时的写、移动、状态转移 | 0被扫描时的写、移动、状态转移 | 1被扫描时的写、移动、状态转移 |
q1 | 1,L,q7 | 0,R,q1 | 1,R,q2 |
q2 | B,R,q3 | 0,R,q2 | 1,R,q2 |
q3 | 0,L,q4 | 0,R,q3 | |
q4 | B,L,q5 | 0,L,q4 | |
q5 | 1,L,q5 | 0,L,q6 | |
q6 | B,R,q1 | 0,L,q6 | 1,L,q6 |
q7 | Accept | B,L,q7 |
表1表示为递归函数W、D、Q:
表2 由自变量x, q 确定的函数
当前状态 | x | ||
q1 | W, D, Q | ||
q2 | |||
q3 | |||
q4 | |||
q5 | |||
q6 | |||
q7 |
设:
W是确定当前所读出带中字母并写入字母x的函数;
D是确定读写头写出字母后转向的函数;
Q是确定下一个状态的函数。
即
W(qi,xj)=xij (3)
D(qi,xj)=dij (4)
Q(qi,xj)=qij (5)
上述图灵机的结构(格局,即参数赋值)T可以表示为
T(0,x,d,q)=q0 (6)
T(t′, x, d, q)=T(t,W(q,x), D(q,x), Q(q,x)) (7)
其中t是标志不同格局的时间变量,t'是t的后继。
比较图灵转移函数(6)、(7),形式上等同于递归函数(1)、(2),所以图灵计算即递归计算。
这样,图灵将一个物理装置(可物理实现的设计蓝图)完全对应了数学的函数----递归函数。须知递归函数是极其强大的,描述了及其广阔的数学函数种类,因此图灵机才能够计算这么多函数。现在发现的图灵不能计算的离散函数实际上只找到了很少很少。
详见张寅生 《证明方法与理论》,国防工业出版社,2015年。
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