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第二章不可计算性
华中科技大学计算机科学与技术学院
jrc@
§1胜奕机之不存在性
假设存在一个计算机系统A ,它下国际象棋能
击败任何对手。
于是存在一个被另一个人掌握的与A 同样的计
算机系统B ,它下国际象棋能击败任何对手。
现在让A与B下国际象棋。有如下三种可能:
i A击败B;ii下成平局;iiiB击败A;
在任何情况下与假设矛盾。
因此,根本不存在胜奕机。
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§2不可计算函数的存在性
考虑从N 到N 的全函数,即映射f :N→N 。
引理记NN={f |f :N→N},则NN 与N之间不存
在一一对应的关系。
定理NN 中至少有一个函数不是可计算的。
N N
引理记2 ={A | A⊆N},则2 与N之间不存在
一一对应的关系。
定理2N 中至少有一个集合不是r.e.集。
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§3停机问题的不可解性
因为A* 与N是可以建立一一对应的,可以认为图
灵机的输入都是N 中的非负整数。
定义N 的子集K={i|i ∈w }={i|ϕ (i)↓}
i i
θ= K {i | i ∉w } {i |ϕ (i) ↑}
i i
引理1 θ不是r.e.集。
证
用反证法。假设θ是r.e.集,则存在常数p 使得
p ∉w
θ =w ,则p ∈w 当且仅当p ∈θ 当且仅当 p ,
p p
矛盾
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§3停机问题的不可解性
引理2 K是r.e.集,但不是可计算集。
证
可构造一台机器( 图灵机)M接受集合K :
M :对任意输入x ∈N ,(1 )将x解码为
图灵机T (2 )模拟T 以x 为输入的
x; x
运行。
故K是r.e.集。
因为可计算集的补集一定是可计算集,
可计算集一定是r.e.集,但K 的补集不
是r.e.集,故K不是可计算集。
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§3停机问题的不可解性
定义停机函数H : N×N →{0,1}
1, 若 (y ) ↓;
ϕ x
H (x , y )
0, 否则
定理H(x,y)不是可计算函数。即停机问题不
可计算。
证法1
χ (x)=1 当且仅当x ∈K 当且仅当H(x,x)=1.
K
若H(x,y)可计算,则K 的特征函数χ 也可计算,
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