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余可识别语言

Co-recognizable language · Co-r.e. language

补语言可被图灵机识别的语言。

条目类型
定义

形式陈述

语言 L 称余可识别,若其补集 L 可由图灵机识别:对 xL,机器最终接受;对 xL,机器可以拒绝或永不停止。一个语言可判定当且仅当它同时可识别且余可识别。证明反向时可交错模拟识别 L 与识别 L 的两台机器,二者必有一台最终接受。

直觉

可识别性只要求成员最终被接受,非成员上的计算可以永远不结束;余可识别性把这种单边保证放到补语言上。因此,可把两者想成两台可能不停止的程序:一台寻找“是”的有限证据,另一台寻找“否”的有限证据。若两边都存在这样的半判定过程,就能交错运行它们,必有一台先给出答案,从而得到真正的判定器。

例子与边界

停机问题语言 HALT,通常记作 HALTTM,是可识别的:直接模拟 M(w),一旦停机就接受;它的补语言不可识别,否则同时运行两台识别器便能判定停机问题。因此 HALTTM 不是余可识别语言,而 HALTTM 是余可识别但不可识别的标准例子。

可识别机器在非成员上允许永不停止,所以“程序在有限时间内没有接受”不能作为拒绝证据:它也许只是在慢慢运行。余可识别既不是概率意义上的“高概率拒绝”,也不等于交换某台半判定器的接受与拒绝状态,因为发散行为不会因此变成接受;它也不意味着枚举所有非成员后可以立即判断缺席,无限枚举中的缺席本身无法在有限时刻观察。

推论与应用

余可识别性精确区分可判定、半可判定和不可半判定问题,并揭示程序验证中正负证据的不对称;它也是进入算术层级和证明不可判定性的基础。由 可识别语言 与余可识别语言的交汇可刻画 可判定性L 可判定当且仅当 LL 都可识别。这个等价是许多不可判定性论证的收束点,并可与 映射归约 配合,把“一边可识别、另一边不可识别”的边界传递到新问题。

参考资料
  • Michael Sipser, Introduction to the Theory of Computation, 3rd ed., Cengage, 2013,Chs. 0–10。
  • Alan M. Turing, “On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem,” Proceedings of the London Mathematical Society, 1936,Full paper。
关系图谱4 个相邻概念 · 2 类关系

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