“设 $\mathcal P$ 是图灵可识别语言的一个语义性质,即它只取决于机器识别的语言,而不取决于机器语法;并且 $\mathcal P$ 非平凡:有某台机器识别的语言具有该性质,也有某台…”
形式陈述
形式语言
这里补集相对于同一个
直觉
识别器提供单边可靠性:对“是”实例必须最终给出接受证据,非成员却可能被拒绝,也可能一直搜索、永远运行。因而“接受”是可有限验证的事件,“尚未接受”不是结论。这个不对称恰好容纳无界搜索——只要见证存在,按系统方式枚举总会找到;不存在见证时没有统一的停止时刻。判定器则必须在有限时间内同时解决正反两面。
例子与边界
接受问题
语言
不能先把
识别器若在非成员上始终明确拒绝,它就已经是判定器。概率上偶尔接受错误实例的过程也不是这里的识别器,因为定义要求语言恰好等于被接受输入集合,而非高概率近似。
推论与应用
可识别性刻画半判定过程、定理枚举和存在性搜索,建立递归可枚举集合、部分可计算函数定义域与图灵机接受语言之间的对应;在Chomsky 层级中,它正是最一般的 Type 0 语言层。枚举器与识别器等价:可交错模拟所有输入并输出被接受者,也可等待枚举器打印当前输入。若
Martin-Löf 随机性把这种枚举机制用于描述无限比特序列的异常:程序统一列出带层号的有限前缀,每层所覆盖的概率受给定预算限制。关键是同一台程序描述整列检验;仅仅让每一层各自存在一个枚举器,会丢失所需的统一有效性。
余可识别性把保证接受的一侧换成补集。两类在可判定语言处重合,但彼此都不包含:停机集可识别而不余可识别,其补集恰好相反。单边证据的方向不同,不能由同样允许发散就把两种定义混为一谈。
参考资料
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Scott Aaronson, 6.045J Lecture 7: Decidability, MIT OpenCourseWare, 2011,识别、判定与通用模拟。
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Michael Sipser, Introduction to the Theory of Computation, 3rd ed., Cengage, 2013,Chs. 3–4, Turing-recognizable and decidable languages。
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Alan M. Turing, “On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem,” Proceedings of the London Mathematical Society, 1936,Full paper, computable sequences and machine enumeration。