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可判定语言

Decidability · Recursive language · Decidable language

存在对所有输入都停机并正确回答成员资格的图灵机语言类。

条目类型
定义

形式陈述

语言 LΣ 称为可判定语言,当且仅当存在图灵机 M,对每个输入 w 都在有限步内停机,并且 wL 时接受、wL 时拒绝。这样的 M 称为判定器。

直觉

可判定性的核心不是某些实例容易,而是存在一台统一机器,对每个输入都在有限时间内给出正确的是非答案:它不仅要答对“是”的实例,还必须对所有“否”的实例明确给出否定答案并最终停止。停机要求排除了“找到证据才返回、找不到就一直等”的半算法,因此可判定语言同时拥有完备的正证据处理和负证据处理。把算法效率暂时拿掉后,这一概念刻画的是计算原则上的可能边界。

无论输入是否属于语言,统一判定器都在有限步内进入接受或拒绝终态。
例子与边界

有限自动机接受问题可判定。某些语言可被识别:成员输入最终接受,但非成员输入可能永不停止;可识别不等于可判定。

有限图的连通性可判定:遍历从起点可达的顶点,有限步骤后便能回答。给定上下文无关文法和字符串的成员问题也可由 CYK 判定。与之相对,HALTTM 虽然成员可通过模拟来确认,却不存在对所有不停止实例也能终止并拒绝的程序。

“输入规模有限”不自动带来可判定性,因为程序或机器描述虽然有限,却能指定无限计算。随机算法高概率给出答案也不改变这里的定义:除非它对每个随机分支都终止并满足所要求的零误差/确定语义,否则不能直接当作判定器。

推论与应用

可判定语言构成可识别语言的严格子类:判定器同时给出正、负实例的有限停止保证。这个包含关系是研究不可计算性和归约的起点。可识别性 是放松负实例停机要求后的概念,而 余可识别性 放松正实例;两者同时成立恰好恢复可判定性。映射归约 用一个总可计算变换传递判定能力,因此是建立不可判定问题谱系的基本工具。

参考资料
  • Michael Sipser, Introduction to the Theory of Computation, 3rd ed., Cengage, 2013, §4.1.
  • Hartley Rogers Jr., Theory of Recursive Functions and Effective Computability, MIT Press, 1987, Chapter 5.
关系图谱6 个相邻概念 · 2 类关系

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