Ein interessanter metrischer Raum im Zusammenhang mit Turingmaschinen


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In dieser Frage werden nur Turing-Maschinen betrachtet, die bei allen Eingaben anhalten. Wenn k∈N dann bezeichnen wir mit Tk die Turingmaschine, deren Code k .

Betrachten Sie die folgende Funktion

s(x,y)=min{k∣|L(Tk)∩{x,y}|=1}

Mit anderen Worten, ist der Code der kleinsten Turingmaschine, die genau eine der Zeichenfolgen erkenntWir können nun die folgende Karte definierenx , y .s(x,y)x,y.

d(x,y)={2−s(x,y)if x≠y,0otherwise.

Es kann schnell überprüft werden, dass einen metrischen Raum (in der Tat eine Ultrametrik) auf induziertΣ ∗ .d(x,y)Σ∗.

Nun möchte ich beweisen, dass, wenn eine gleichmäßig stetige Funktion ist, für jede rekursive Sprache ebenfalls rekursiv ist. f - 1 ( L )f:Σ∗↦Σ∗f−1(L)

Mit anderen Worten sei eine Map, so dass für jedes ein so dass für die Strings dann Dann müssen wir zeigen, dass eine rekursive Sprache ist, da rekursiv ist.ε > 0 δ > 0 x , y ∈ & Sigma; *fϵ>0δ>0x,y∈Σ∗ d ( f ( x ) , f ( y ) ) < ϵ . f - 1 ( L ) L

d(x,y)≤δ
d(f(x),f(y))<ϵ.
f−1(L)L

Wie bereits in diesem Beitrag erwähnt, besteht eine Möglichkeit, das Problem anzugehen, darin, zu zeigen, dass es eine Turing-Maschine gibt, die mit einer Zeichenfolge berechnet f ( x ) .x∈Σ∗f(x).

Ich stecke fest, um diese Behauptung zu beweisen, und frage mich langsam, ob es einen anderen Ansatz gibt, um dies zu lösen?

Hinweise, Vorschläge und Lösungen sind willkommen!


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Warum versuchst du das zu beweisen? Es erinnert mich an die Berechenbarkeit von Banach-Mazur, die sich nicht sehr gut verhält.
— Andrej Bauer

@AndrejBauer Hausaufgabe!
— Jernej

Antworten:


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Bearbeiten: Hinweise entfernt, meine Lösung gepostet.

Hier ist meine Lösung. Wir wählen einen Referenzpunkt dem und betrachten das Universum aus der Sicht von und . Es stellt sich heraus, dass jede "Nachbarschaft" eines Punktes einer rekursiven Sprache entspricht. Also ist eine Nachbarschaft um , und es wird eine Nachbarschaft um , die darauf abgebildet ist; Diese Nachbarschaft ist eine rekursive Sprache.f ( x ) ≤ L x f ( x ) L f ( x ) xxf(x)∈Lxf(x)Lf(x)x

Lemma. In diesem Raum ist eine Sprache genau dann rekursiv, wenn sie sich in der Nachbarschaft der einzelnen Zeichenfolgen befindet.

Beweis . Zuerst fixiert eine rekursive Sprache und lassen . Lassen der Minimal - Index eines Entscheiders für sein . Dann haben wir , dass , wenn , , so . Somit impliziert , dass .x ≤ LLx∈LL y ∉ L s ( x , y ) ≤ K d ( x , y ) ≥ 1 / 2 K d ( x , y ) < 1 / 2 K y ∈ LKLy∉Ls(x,y)≤Kd(x,y)≥1/2Kd(x,y)<1/2Ky∈L

Zweitens sei eine beliebige Zeichenkette und fix ; sei . Es sei ; dann ist . Dann können wir schreibenε > 0 K = = log ( 1 / ε ) ⌋ L K = { y : d ( x , y ) < ε } L K = { y : s ( x , y ) > K }xε>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}.

Aber ist entscheidbar: Bei Eingabe von kann man die ersten Entscheider für und simulieren und nur dann akzeptieren, wenn jeder entweder beide akzeptiert oder beide abgelehnt hat. y K x y ◻LKyKxy ◻

Jetzt sind wir fast fertig:

Prop. Sei stetig. Wenn rekursiv ist, ist rekursiv.L f - 1 ( L )fLf−1(L)

Beweis. Unter einer kontinuierlichen Funktion ist das Vorbild einer Nachbarschaft eine Nachbarschaft.


Interessanterweise denke ich, dass in diesem Raum eine stetige Funktion gleichmäßig stetig ist: Sei stetig, so existiert für jeden Punkt für jedes ein entsprechendes . Repariere ein und lasse . Es gibt eine endliche Anzahl von Kugeln der Größe : es gibt ; dann gibt es ; dann und so weiter. assoziiert mit jeder dieser Sprachenx ε & dgr; ε K = ⌊ log ( 1 / ε ) ⌋ ε L ( T ( T 2 ) ⋯ ∪ LfxεδεK=⌊log⁡(1/ε)⌋ε¯ L ( T 1 ) ∪ L ( T 2 ) ⋯ ∪ L ( T K ) L ( T 1 ) ∪ ¯ LL(T1)∪L(T2)⋯∪L(TK)L(T1)¯∪L(T2)⋯∪L(TK)f L i L ' i δ i x ∈ L ' i d ( x , y ) ≤ δ iL(T1)∪L(T2)¯⋯∪L(TK)fLieine Vorabbildsprache mit zugehörigem Durchmesser . Für jedes , . So können wir das Minimum über dieses endlich viele nehmen s die einheitliche Kontinuität konstant erhalten mit dieser assoziiert .Li′δix∈Li′epsi ; δd(x,y)≤δi⟹d(f(x),f(y))≤εδεδε


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Es ist klar, dass aber ich vermisse immer noch, wie man zeigt, dass rekursiv ist! f-1(L)d(x′,y′)≤12Kf−1(L)
— Jernej

@Jernej OK, also zuerst haben wir auch das Gegenteil - wenn dann sind entweder beide in oder keine ist. Nehmen wir nun . Dann gibt es etwas also, wenn , dann . Lassen Sie uns insbesondere mit auswählen . Nun wollen wir wissen, wo alle anderen Elemente von relativ zu , und daher, wo müssen die anderen Elemente von relativ zu ? Lϵ=1d(x′,y′)>12KL δd(x,y)≤δ| L∩{f(x),f(y)}| =1xx'=f(x)≤LLx'f-1(L)xϵ=12Kδd(x,y)≤δ|L∩{f(x),f(y)}|=1xx′=f(x)∈LLx′f−1(L)x
— Usul

@Jernej Ich habe meine Lösung jetzt gepostet. Ich hoffe, was ich früher gepostet habe, war hilfreich! Vielen Dank für das Posten dieses Problems, es ist sehr cool.
— Usul

Ich danke Ihnen sehr für Ihre Antwort. Ich habe eine Weile gebraucht, um die Hinweise zu verdauen, daher habe ich Ihre Antwort nicht angenommen!
— Jernej

Schnelle Frage. Wir haben gezeigt, dass entscheidbar ist. Ich verstehe nicht, wie daraus folgt, dass es rekursiv ist? Kann es nicht sein, dass einer der simulierten niemals anhält? T jLKTj
— Jernej
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