Ruang metrik yang menarik terkait dengan mesin Turing


16

Dalam pertanyaan ini kami hanya mempertimbangkan mesin Turing yang berhenti pada semua input. Jika k∈N maka oleh kita menunjukkan mesin Turing yang kodenya adalah . kTkk

Pertimbangkan fungsi berikut

s(x,y)=min{k∣|L(Tk)∩{x,y}|=1}

Dengan kata lain, adalah kode dari mesin Turing terkecil yang mengenali dengan tepat salah satu stringKita sekarang dapat mendefinisikan peta berikutx , y .s(x,y)x,y.

d(x,y)={2−s(x,y)if x≠y,0otherwise.

Dapat dengan cepat diverifikasi bahwa menginduksi ruang metrik (sebenarnya ultrametrik) padad(x,y)Σ∗.

Sekarang saya ingin membuktikan bahwa jika adalah fungsi kontinu yang seragam maka untuk setiap bahasa rekursif L, bersifat rekursif juga.f:Σ∗↦Σ∗f−1(L)

Dengan kata lain, biarkan menjadi peta sedemikian rupa sehingga untuk setiap ada sehingga jika untuk string lalu Maka kita perlu menunjukkan bahwa adalah bahasa rekursif mengingat adalah rekursif.fϵ>0δ>0x,y∈Σ∗

d(x,y)≤δ
d(f(x),f(y))<ϵ.
f−1(L)L

Sekarang seperti yang sudah dicatat dalam posting ini salah satu cara untuk mendekati masalah adalah dengan menunjukkan bahwa ada mesin Turing yang diberi string menghitung f ( x ) .x∈Σ∗f(x).

Saya terjebak untuk membuktikan klaim ini dan perlahan bertanya-tanya apakah ada pendekatan lain untuk menyelesaikan ini?

Petunjuk, saran dan solusi dipersilahkan!


1
Mengapa Anda mencoba membuktikan ini? Ini mengingatkan saya pada komputabilitas Banach-Mazur, yang tidak berperilaku sangat baik.
— Andrej Bauer

Tugas rumah @AndrejBauer!
— Jernej

Jawaban:


9

Edit: menghapus petunjuk, memposting solusi saya.

Ini solusinya. Kita akan memilih titik referensi mana f ( x ) ∈ L dan mempertimbangkan alam semesta dari sudut pandang x dan f ( x ) . Ternyata setiap "lingkungan" suatu titik sesuai dengan bahasa rekursif. Jadi L adalah lingkungan di sekitar f ( x ) , dan akan ada beberapa lingkungan di sekitar x yang memetakannya; lingkungan ini adalah bahasa rekursif.xf(x)∈Lxf(x)Lf(x)x

Kata pengantar singkat. Dalam ruang ini, sebuah bahasa bersifat rekursif jika dan hanya jika merupakan lingkungan dari masing-masing string.

Bukti . Pertama, memperbaiki bahasa rekursif dan membiarkan x ∈ L . Mari K menjadi indeks minimal penentu untuk L . Lalu kami memiliki bahwa jika y ∉ L , s ( x , y ) ≤ K , sehingga d ( x , y ) ≥ 1 / 2 K . Dengan demikian d ( x , y ) < 1 / 2 K menyiratkan bahwa y ∈Lx∈LKLy∉Ls(x,y)≤Kd(x,y)≥1/2Kd(x,y)<1/2K .y∈L

Kedua, misalkan menjadi string acak dan perbaiki ε > 0 ; misalkan K = ⌊ log ( 1 / ε ) ⌋ . Misalkan L K = { y : d ( x , y ) < ε } ; lalu L K = { y : s ( x , y ) > K } . Lalu kita bisa menulisxε>0K=⌊log⁡(1/ε)⌋LK={y:d(x,y)<ε}LK={y:s(x,y)>K}

LK={y:(∀j=1,…,K)|L(Tj)∩{x,y}|≠1}.

Tapi adalah decidable: Pada masukan y , salah satu dapat mensimulasikan pertama K deciders pada x dan y dan menerima jika dan hanya jika setiap baik diterima baik atau ditolak keduanya. ◻LKyKxy ◻

Sekarang kita hampir selesai:

Prop. Biarkan menjadi kontinu. Jika L bersifat rekursif, maka f - 1 ( L ) bersifat rekursif.fLf−1(L)

Bukti. Di bawah fungsi yang berkesinambungan, preimage lingkungan adalah lingkungan.


Menariknya, saya berpikir bahwa dalam ruang ini fungsi kontinu adalah kontinu seragam: Let kontinu, sehingga untuk setiap titik x , untuk setiap ε terdapat sesuai δ . Perbaiki ε dan biarkan K = ⌊ log ( 1 / ε ) ⌋ . Ada sejumlah bola ukuran terbatas ε : ada L ( T 1 ) ∪ L ( T 2 ) ⋯ ∪ L ( T K ) ; lalu adafxεδεK=⌊log⁡(1/ε)⌋εL(T1)∪L(T2)⋯∪L(TK); kemudianL(T1)∪ ¯ L ( T 2 ) ⋯∪L(TK), dan seterusnya. fmengaitkan ke masing-masing bahasa iniLibahasa preimageL ′ i dengan diameter terkaitδi. Untuk setiapxL(T1)¯∪L(T2)⋯∪L(TK)L(T1)∪L(T2)¯⋯∪L(TK)fLiLi′δi , d ( x , y ) ≤ δ ix∈Li′ . Jadi kita bisa mengambil minimal selama ini finitely banyak δ s untuk mendapatkan seragam kelangsungan konstan δ terkait dengan ini ε .d(x,y)≤δi⟹d(f(x),f(y))≤εδδε


1
Clearly d(x′,y′)≤12K but I still miss how to show that f−1(L) is recursive!
— Jernej

@Jernej OK, so first, we also have the contrapositive -- if d(x′,y′)>12K then either both are in L or neither is. Now let's take ϵ=12K. Then there is some δ so, if d(x,y)≤δ, then |L∩{f(x),f(y)}|=1. In particular, let's pick some x with x′=f(x)∈L. Now we want to know where all the other elements of L lie relative to x′, and therefore where must the other members of f−1(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

Pertanyaan cepat. Kami telah menunjukkan bahwa adalah decidable. Saya tidak melihat bagaimana ini terjadi karena itu bersifat rekursif? Cant itu bahwa salah satu simulasi T j tidak pernah perhentian? LKTj
— Jernej
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.