规则110图灵如何完成?


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我已经阅读了细胞自动机规则110的维基百科页面,我或多或少知道它们是如何工作的(一组规则决定了绘制下一个1或0的位置)。

我刚刚看过它们已经完成了图灵,但是我什至无法理解您将如何在“规则110”中进行“编程”?


它实际上是规则110,而不是规则101。虽然在Wikipedia页面上概述了证明,但值得注意的是,文本是如何与证明建立联系的。

@WolfgangBangerth谢谢你,我已经修复了它。如果在那里有证明/编程的方法,对我来说还不够明显,对不起。
Pureferret 2012年

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如果有一个脚本以某种方式将一个简单的程序转换为该自动机,然后再通过一些“模拟器”执行该脚本,我也遇到了同样的问题。

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很好的问题。这些细节很复杂,包含在科学论文中。请参阅tcs.SE,有关规则110的初始条件,以获取草图和一些参考。基本上,有一种方法可以将TM转换或编译为“标记系统”(已知是TM完整的),然后将“标记系统”编译为规则110。 ppl进行试验(并肯定会带来新的见解/发现),但不幸的是,似乎没有这种方法,或者作者没有发布他们的代码。
vzn 2012年

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紧密相关的是2d细胞自动机,可以对1d案例进行一些直觉研究。自从70年代左右以来,由于康威证明“生活游戏”已经完成了图灵,它就广为人知。有关现代/图形版本的信息,请参见《生命游戏》中的Paul Rendell TM模拟器
vzn 2012年

Answers:


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普遍性是一个非正式的概念。它的大致含义是,对于每个可计算函数,模型中都有一个“程序” P,因此任何输入x上的“运行” P始终“停止”,并“输出”正确的答案。(请注意,图灵机在这里没有出现:它们只是通用计算模型的一个示例。)fPPx

引用的单词是需要定义的单词。对于图灵机:

  • 程序被指定为状态,磁带的字母表,初始状态下,最终状态和转换的列表。
  • 在输入x运行 Turing机器意味着我们使用x的编码初始化磁带,并根据通常的规则在该磁带上运行机器T。T xxT
  • 如果图灵机达到最终状态,则它会停止。(这里有一些变体。)
  • 图灵机输出的内容(如果停止)是磁带的内容。

规则110作为计算模型,需要以相同的方式正式定义。如果可以在以下意义上以可计算的方式模拟计算模型,则定义是合理的:有一个可计算的函数,使得对于每个程序P和输入x(均编码为自然数),S P x )会停止iff Px上停止,如果S p x 停止,则其输出与xP上的输出相同。SPxS(P,x)PxS(p,x)Px

如果您对规则110作为计算机系统的特定设置感到好奇,建议您看一下Matthew Cook的论文,该论文证明了规则110(或者说围绕规则110构建的计算系统)的通用性。

至于其他规则,例如规则30和规则90,我们不知道它们不是通用的。可能有令人信服的围绕它们构建的计算系统是通用的,但我们只是一无所知。


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完全正确,但是规则110没有停止的方式。它只能计算内容,而不能停止。
帕维尔

@Pavel无需停止完成图灵竞赛
MilkyWay90

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从马修的证明:

这里采用的方法不是设计一种新的细胞自动机,而是采用最简单的,自然表现出复杂行为的自动机,并看看我们是否能够在这种复杂行为中找到一种使之自动完成所需功能的方法。我们不会直接关注上面给出的查找表,而是会关注自动机随时间推移自然表现出的行为。

作者首先通过编译一个2状态的图灵机程序来证明在每个步骤中删除2个符号的“标签系统”是通用的。之后,他证明了滑翔机系统确实可以实现标签系统。这是一个逐步的过程。然后,他研究了CA-110的时空,以找到滑翔机并将其正确关联到滑翔机系统。

现在,您的问题是:您将如何在“规则110”中进行“编程”?

  1. 寻找最简单的两态图腾机,并找到基本操作OR,AND,XOR,NOT的磁带。

  2. 将它们编译到标签系统。

  3. 将标签系统的实现编译为滑翔机实现。

  4. 正确地将其适应于CA-110滑翔机,您就可以在细胞自动机中进行基本操作。

1+1=2

放在一边。滑翔机是非常特殊的结构。这些操作将被视为粒子移动和碰撞(滑翔机),根据此滑翔机如何开始或碰撞而产生不同的输出。


因此,两个滑翔机可能会“编码”一个+,而当它们碰撞时我会得到2?
Pureferret 2012年

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更准确地说,假设一对滑翔机可以编码“或”,“与”,“异或”或“非”,则多对滑翔机将编码一个“ +”。还应考虑将数字表示为一系列位,并且将使用每对位上的逻辑门来执行总和。
labotsirc

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需要注意的是,由于杂项原因,CS社区对规则110 TM完整性证明存在争议。一个明显的原因是,CA上的输入条件需要无限周期性(但重复)的模式。
vzn 2012年

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我同意你的说法。我个人不知道应该以正式方式拒绝理论解决方案,还是接受CA-110作为恰好可以用作图灵机的超集(该事实,即CA是作为动态系统工作的计算空间)。并行工作的顶部让我想知道它们是否代表了一个进行中的合成宇宙。
labotsirc

我不喜欢忽略实际的空间和时间限制。 维基百科引用了细胞自动机规则110的P-完备性,并解释了Neary和Woods通过避免使用2标签系统避免了指数时间开销。但是,同年(2006年)晚些时候,Neary和Woods 表明,即使是2标签系统也没有用于模拟Turing机器的指数时间开销
Thomas Klimpel
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