8月5日
数学基礎論 サマースクール2017
の1日目を聞いてきた!ので、メモメモ
数学基礎論 サマースクール2017
■ごあいさつ
・ことしは計算理論
3つ
入門編
発展編
チューリング次数
ジェネリック次数
補講:同一性 HF
■はじめての計算可能性
・計算理論
計算によって何ができるか・できないか
計算:与えられた手順に従った情報処理(アルゴリズム)
計算:コンピューター?
→1930年代ころからの概念
計算機:40年代から→計算機の歴史とともに発展
数学系と情報系
現実の計算機の仕組みにこだわらない
抽象化された計算機を考え、それによっていかなる処理ができるかを調べる
・問題とは
各入力に対し、答えが真か偽か定まったもの
入力は文字列であらわされる
たとえば;
与えられた正整数が、素数か応えよ
与えられた文字列にabaが現れるか応えよ
→いわゆる判定問題を扱う
普通のいいかたとちがう
1517は素数でしょうか→入力
1517は素数でしょうかは偽である→問題
問題は、無限個ある
・機械でとく→機械
性質をみたす:受理
満たさない:不受理
→有限状態機械
二重丸:受理状態
機械とアルゴリズム(算法)は同じ
与えられるもの:無限
機械:有限→状態は有限個
→(遷移規則)も有限本
有限長の文字列(参譜:プログラム)で書き表せる
・有限状態機械の定義
有限個の状態の集合Q
文字zの集合Σ
遷移規則
→受理
(文字列はこの講義では、有限とする)
解くとは
判定問題を解く
真のとき受理、偽のとき受理しない
状態数が最小のものというのは、定められる
有限状態機械の限界
aとbからなる文字列で、左から3文字目がa
aとbからなる文字列で、右から3文字目がa
→3文字すべての可能性をしめす 8とおり はじめbbb
その間をa,bの線を引いていく
※まえに5文字にしたら、授業が終わらなくなりました(^^;)
与えられた文字列はaのNこ、bのNこという形か?
→この問題を解く有限状態機械は存在しない
証明は背理法
状態は有限個なので、あるm≠nが存在して
→鳩の巣
・・・
・計算の仕組み
ほかにもいろいろ・・・
たとえば、左右に動けるようにしたら?
(テープは両方向に無限)
両方向有限状態機械
状態、受理、おなじ
文字:空白文字も含めるΓ
遷移規則がややこしくかわる
停止する;計算終了
能力変わらない
問題Lを解く両方向有限状態機械が存在するならば、
Lをとく有限状態機械が存在する
→頑健な概念
有限状態機械で解ける:正則な言語→正規言語:レギュラー
・強力なもの:書き込む能力を与える
→チューリング機械:有限個に限らない・記憶できる書く能力を与える
機械と状況があるとき→遷移規則→状況
問題:与えられた文字列でaがbよりも多いか?
チューリングマシンの→
----->
a C右 a とき、Cを書き、右に行く
書き換えしない時は、同じものを書き、この場合、書き込み先の文字(上記C)を省略
有限状態機械よりも、真に強力になった!
・チャーチ・チューリングのテーゼ
チューリング機械で解ける⇔現実の機械で計算できる
数学的にはっきり ぼんやりした主張
→はまあよさそう(チューリング機械の動きは単純そう)
←「計算」できることは、すべてチューリング機械でできるのか?
ほかのいろいろなやり方で定義された計算可能性の概念とも一致
一般再帰関数
ラムダ計算
※チューリングのころ、計算機はない→計算者と考えている
でも、文字列に関する問題しか考えないの
→入力を符号化
与えられたグラフがハミルトン閉路を持つか
グラフ:有限
真か偽か応える問題だけっていうのは、どうなの?
ちなみに、これらのもんだいを解く算法(チューリング機械)
与えられた正整数Xが素数か
与えられたグラフがハミルトン閉路を持つか
→N個の並べ方N!とおりを全部調べる
・全部調べつくす:無限個の場合・・・
「○○であるか」
「○○でないか」
ポスト(人の名前)の揃え可能性問題
可能か→解ける
不可能か→存在しないことが示せる
揃え可能であることを認識する問題
認識する
真のとき受理し
偽のとき受理しない→ループしててもOK
決定する
真であるとき受理する
偽のとき受理せずに停止する(ループX)
決定可能
LもLの補問題(文字列の補集合)も認識可能
可能=する機械が存在する
認識可能(再帰枚挙可能RE)、(計算枚挙可能CE)
・問題U
入力 機械Mと文字列xの組
答え Mはxを受理するか
つまり、 U(M,x)
真 Mがチューリング機械を示しておりそれがxを受理するとき
偽 それ以外のとき
Uは認識可能:Uを認識する機会を万能チューリング機械という
足し算をする機械
掛け算をする機械
問題Lを認識する機械
→Uを認識する機械を万能チューリング機械ともいう
Σ、Γ、Q、開始状態、受理状態、遷移規則
→これをMとする
Uを認識する:機械の動きの定義に従って調べればよい
→決定可能ではない
補問題が認識可能ではない
U=
偽 Mがチューリング機械を表しており、それがxを受理するとき
真 それ以外のとき
永遠に受理しないのか、時間がかかっているだけなのか?
Dばー(x) =
偽 Xがチューリング機械を表しており、それがxを受理するとき
真 それ以外のとき
→対角線論法
対角線を反転したものを考える。それは絶対ない
→補問題は認識可能ではない
→決定可能ではない