柳渝
波斯特对应问题 - 不可判定问题
2023-4-22 06:23
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我认为,具有代表性的不可判定问题”实例可以帮助思考不可判定问题的本质。


图灵在1936年的论文中证明了“判定一阶谓词公式是否可证明的不可判定问题


波斯特(Emil Post)于1946年提出一个更简单的不可判定问题:波斯特对应问题(Post correspondence problem)。


***

波斯特对应问题 - 不可判定问题


波斯特对应问题(Post Correspondence ProblemPCP)是美国数学家埃米尔·波斯特(Emil Post1897-1954)于1946年提出的一个不可判定问题。


问题描述


已知字母表A是包含至少两个字符的有限集合,A上的字符串是由A中字符组成的有限序列。假设L1 = (a1,…an)L2 = (b1,…bn)是由A中的字符串所组成的二个相同长度的表。如果存在一个序列 i1,…,ik,使得:ai1,…aik = bi1,…bik,则称字符串表 L1 L匹配,并称这是此波斯特对应问题的实例的一个解。

实例1


L1 :

a1

a2

a3

a

ab

bba

L2 : 

b1

b2

b3

bba

aa

bb

序列 (3, 2, 3, 1) ,使得

a3a2a3a1 = bba+ab+bba+a = bbaabbbaa 

= bb+aa+bb+baa = b3b2b3b1


所以,实例1有解。


实例2


但如果两个字符串表仅由a2,a3b2,b3组成:L1 = (a2,a3)L2 = (b2,b3),由于a2,a3的首尾两个字符不同,而b2,b3的首尾两个字符则相同,所以实例2有解。


L1 :

a2

a3

ab

bba

L2 :

b2

b3

aa

bb


波斯特对应问题(PCP判定给定字母表A是否存在两个长度相同匹配的字符串表L1L2PCP是“不可判定问题”,即不存在算法求解任意的PCP实例。


PCP不可判定性的最常见证明描述一个PCP 实例,它可以模拟一个图灵机对特定输入的计算。当且仅当图灵机接受输入时,匹配才会发生。因为判定图灵机是否接受输入是一个基本的不可判定问题,所以PCP是不可判定问题。



参考文献:

https://en.wikipedia.org/wiki/Post_correspondence_problem


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