Un interessante spazio metrico relativo alle macchine di Turing


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In questa domanda consideriamo solo le macchine di Turing che si fermano su tutti gli input. Se k NkN allora con T kTk denotiamo la macchina di Turing il cui codice è kk .

Considera la seguente funzione

s ( x , y ) = min { k | L ( T k ) { x , y } | = 1 }

s(x,y)=min{k|L(Tk){x,y}|=1}

In altre parole, è il codice della più piccola macchina di Turing che riconosce precisamente una delle stringhe x, y. Ora possiamo definire la seguente mappas ( x , y ) x , y .s(x,y)x,y.

d ( x , y ) = { 2 - s ( x , y ) se  x y , 0 altrimenti.

d(x,y)={2s(x,y)0if xy,otherwise.

Si può verificare rapidamente che d ( x , y )d(x,y) induce uno spazio metrico (in effetti un ultrametrico) su Σ .Σ.

Ora vorrei dimostrare che se f : Σ Σf:ΣΣ è una funzione uniformemente continua , allora per ogni linguaggio ricorsivo L, f - 1 ( L )f1(L) è anche ricorsivo.

In altre parole, sia ff una mappa tale che per ogni ε > 0ϵ>0 presente un δ > 0δ>0 tale che se per le stringhe x , y Σ x,yΣ d ( x , y ) δ

d(x,y)δ
quindi d ( f ( x ) , f ( y ) ) < ϵ .
d(f(x),f(y))<ϵ.
Quindi dobbiamo dimostrare che f - 1 ( L )f1(L) è un linguaggio ricorsivo dato che LL è ricorsivo.

Ora, come già notato in questo post, un modo per affrontare il problema è mostrare che esiste una macchina di Turing che ha dato una stringa calcolax Σ f ( x ) .xΣf(x).

Sono bloccato a provare questa affermazione e lentamente mi chiedo se ci sia qualche altro approccio per risolverlo?

Suggerimenti, suggerimenti e soluzioni sono i benvenuti!


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Perché stai provando a dimostrarlo? Mi ricorda la calcolabilità di Banach-Mazur, che non si comporta molto bene.
Andrej Bauer l'

@AndrejBauer Compiti a casa!
Jernej,

Risposte:


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Modifica: rimossi i suggerimenti, pubblicata la mia soluzione.

Ecco la mia soluzione Sceglieremo un punto di riferimento x dove f ( x ) L e considereremo l'universo dal punto di vista di x e f ( x ) . Si scopre che ogni "quartiere" di un punto corrisponde a un linguaggio ricorsivo. Cosìxf(x)Lxf(x) L è un quartiere attorno a f ( x ) e ci sarà un quartiere attorno a x che mapperà ad esso; questo quartiere è un linguaggio ricorsivo.Lf(x)x

Lemma. In questo spazio, una lingua è ricorsiva se e solo se è un quartiere di ciascuna delle sue stringhe.

Prova . In primo luogo, fissare un linguaggio ricorsivo L e lasciare che x L . Lasciare K sia l'indice minimo di un decisore per L . Poi abbiamo che se y L , s ( x , y ) K , quindi d ( x , y ) 1 / 2 K . Così d ( x , y ) < 1 / 2 K implica che y LxLKLyLs(x,y)Kd(x,y)1/2Kd(x,y)<1/2KL .yL

Secondo, lascia che x sia una stringa arbitraria e correggi ε > 0 ; lascia K = log ( 1 / ε ) . Sia L K = { y : d ( x , y ) < ε } ; quindi L K = { y : s ( x , y ) > K } . Quindi possiamo scriverexε>0K=log(1/ε)LK={y:d(x,y)<ε}LK={y:s(x,y)>K}

L K = { y : ( j = 1 , , K ) | L ( T j ) { x , y } | 1 } .

LK={y:(j=1,,K)|L(Tj){x,y}|1}.

Ma L K è decidibile: sull'input y , si può simulare il primo K decisore suLKyK x ed y ed accettare se e solo se ciascuno sia accettata o respinta sia entrambi. xy  

Ora abbiamo quasi finito:

Prop. Sia f continuo. Se L è ricorsivo, allorafL f - 1 ( L ) è ricorsivo.f1(L)

Prova. Sotto una funzione continua, la preimmagini di un quartiere è un quartiere.


È interessante notare che penso che in questo spazio una funzione continua sia uniformemente continua: Sia f continuo, quindi per ogni punto x , per ogni ε esiste un δ corrispondente . Correggi un ε e lascia K = log ( 1 / ε ) . Esiste un numero finito di sfere di dimensione ε : c'è L ( T 1 ) L ( T 2 ) L ( T K ) ; poi c'èfxεδεK=log(1/ε)εL(T1)L(T2)L(TK)¯ L ( T 1 )L(T2)L(TK); quindiL(T1) ¯ L ( T 2 )L(TK)e così via. fassocia a ciascuna di queste lingueLiuna lingua preimmaginiL i con diametro associatoδi. Per ognixL(T1)¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯L(T2)L(TK)L(T1)L(T2)¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯L(TK)fLiLiδiL i , d ( xxLi , y ) δ id ( f ( x ) , f ( y ) ) ε . Quindi possiamo prendere il minimo su questi molti δ finementeper ottenere la costante di continuità uniforme δ associata a questo ε .d(x,y)δid(f(x),f(y))εδδε


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Chiaramente d ( x , y ) 12 K ma mi manca ancora come dimostrare chef-1(L)è ricorsivo! d(x,y)12Kf1(L)
Jernej,

@Jernej OK, quindi prima abbiamo anche il contrappeso - se d ( x , y ) > 12 K allora entrambi sono inLo nessuno dei due. Ora prendiamoϵ=1d(x,y)>12KL2 K . Quindi c'è un po 'δquindi, sed(x,y)δ, allora| L{f(x),f(y)}| =1. In particolare, Riprendiamo alcunexconx'=f(x)L. Ora vogliamo sapere dove si trovano tutti gli altri elementi diLrispetto axϵ=12Kδd(x,y)δ|L{f(x),f(y)}|=1, and therefore where must the other members of f1(L) lie relative to x?
usul

@Jernej I have posted my solution now. I hope what I posted earlier was helpful! Thanks for posting this problem, it is very cool.
usul

Thank you very much for your answer. It took me a while to digest the hints hence I haven't upvoted and accepted your answer!
Jernej

Quick question. We have shown that LK is decidable. I don't see how it follows that it is recursive? Cant it be that one of the simulated Tj never halts?
Jernej
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