在计算复杂性理论领域,可判定性概念起着根本性的作用。如果存在一个图灵机 (TM),能够确定任何给定输入是否属于该语言,则该语言被称为可判定的。语言的可判定性是一个重要属性,因为它使我们能够以算法方式推理语言及其属性。
图灵机的等价问题涉及确定两个给定的 TM 是否识别相同的语言。 形式上,给定两个 TM M1 和 M2,等价问题询问是否 L(M1) = L(M2),其中 L(M) 表示 TM M 识别的语言。
已知确定两个 TM 等价性的一般问题是不可判定的。 这意味着没有任何算法可以始终确定两个任意 TM 是否识别相同的语言。 艾伦·图灵在其关于可计算性的开创性工作中证明了这一结果。
然而,值得注意的是,这个结果适用于任意 TM 的一般情况。 在两个 TM 都描述可判定语言的特定情况下,等价问题变得可判定。 这是因为可判定语言是那些存在可以决定该语言成员资格的 TM 的语言。 因此,如果两个 TM 描述了可判定的语言,我们可以构造一个新的 TM 来决定它们的等价性。
为了说明这一点,让我们考虑一个例子。 假设我们有两个描述可判定语言的 TM M1 和 M2。 我们可以构造一个新的 TM M 来决定它们的等价性,如下所示:
1. 给定输入 x,同时在 x 上模拟 M1 并在 x 上模拟 M2。
2. 如果M1接受x并且M2接受x,则接受。
3. 如果M1拒绝x并且M2拒绝x,则接受。
4. 否则,拒绝。
通过构造,当且仅当 M1 和 M2 都接受 x,或者 M1 和 M2 都拒绝 x 时,TM M 才会接受输入 x。 这意味着对于任何给定的输入 x,M 决定 M1 和 M2 的等价性。
虽然确定两个任意 TM 的等价性的一般问题是不可判定的,但如果 TM 描述可判定的语言,则等价问题就变得可判定。 这是因为可判定语言可以由 TM 决定,从而允许我们构造一个 TM 来决定它们的等价性。 描述可判定语言的 TM 等价问题的可判定性为这些语言的计算复杂性提供了重要的见解。
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