是否可以针对3个符号的一维元胞自动机确定停止问题?


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我一直在尝试确定暂停问题对于3符号一维元胞自动机是否可以确定。

定义表示系统在时间步骤i的配置。更正式地f A × NA ,其中A是字母。f(w,i)if:A×NAA

定义。元胞自动机在配置已经停止,如果ķ Ñ我们有˚F 瓦特= ˚F 瓦特+ ķ f(w,i)kNf(w,i)=f(w,i+k)

给定元胞自动机的暂停问题如下:

输入:有限词问题:自动机会在某些状态s停止吗?w
s

此处定义基本元胞自动机(带有2个符号)。我专注于相同类型的celullar自动机,除了我对带有3个符号而不是2个符号的CA感兴趣。

从现在起,我会表示的形式我的规则,这意味着3个相邻的符号产生另一个在他们之下。

对于基本的2符号元胞自动机,暂停问题是可以确定的

我将用表示白色单元格,用1表示黑色单元格。01

如果我们有规则001 1100 1,我们知道自动机不会暂停。因为按照第一个规则,由于我们的网格是无限的,所以我们总是会有3个白细胞生成一个黑细胞。使用第二和第三条规则,单词将扩展到两侧,并且自动机将永不停止。000100111001

在其余情况下,我们可以让它进化步,看看它是否停止。如果它停止了,那么好了,它停止了,如果没有停止,那么它重复了一些组合并陷入了一个循环,所以我们还可以得出结论,它不会停止。2n

我对3符号案例的理解

显然,如果我们有规则000 2,它不会停止。但是形式为00 x yx 00 y的边规则很难分析,因为如果我们有规则002 1001 0怎么办?0001000200xyx00y00210010

这是我想出的:

让我们考虑这些规则的所有组合:

  1. 002 000100020
  2. 002 100100021
  3. 002 200100022
  4. 002 000110020
  5. 002 100110021
  6. 002 200110022
  7. 002 000120020
  8. 002 100120021
  9. 002 200120022

我没有为形式的规则写案例,因为它们是对称的。x00y

因此,在第一种情况下,很明显输入字不会扩展到侧面,因为这些侧面符号规则会产生零。

在情况5、6、8、9中,很明显自动机永远不会停止,因为输入单词会不断扩展。

案例2、3、4、7更为有趣。首先,让我们注意,情况2与情况7类似,情况3与情况4类似。因此,为简洁起见,我们仅考虑情况2和3。

我先考虑案例3,因为它比较容易。

00100022222

这是我们需要考虑的所有组合:

010 011 012
 0   0   0
 0   0   1
 0   0   2
 0   1   0
 0   1   1
........... etc

如果上表中有第一个三元组,将会发生什么情况的说明

w101000110012020022|w|/2

广义情况3

3n2

我被困在那里

现在让我们考虑情况2。

00100021

这就是我被困住的地方,不知道该怎么办。

122s101xy

这是桌子:

010 011 012
 0   0   0
 0   0   1
 0   0   2
 0   1   0
 0   1   1
 0   1   2
 0   2   0
 0   2   1
 0   2   2
 1   0   0
 1   0   1
 1   0   2
 1   1   0
 1   1   1
 1   1   2
 1   2   0
 1   2   1
 1   2   2
 2   0   0
 2   0   1
 2   0   2
 2   1   0
 2   1   1
 2   1   2
 2   2   0
 2   2   1
 2   2   2

23n2

2

你们能告诉我如何解决吗?我似乎无法解决这个问题。

或者,如果这个3符号元胞自动机看起来像是已被证实无法解决停顿问题的东西,那么我该如何将其减少到3符号元胞自动机呢?


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吉尔(Gilles)“所以,别再邪恶了”

Answers:


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我已经找到了这篇文章:http : //www.dna.caltech.edu/~woods/download/NearyWoodsMCU07.pdf, 并且将展示如何证明停顿问题对于15个符号的细胞自动机是无法确定的。

让我们看一下图灵机的典型说明,我们有:

q,xp,y,L

q,xp,y,R

xqxyp

ARQΣ=AQ{q|qrR,r=p,xq,y,L}qp,xq,y,Lq

s=...xabqzyk...qQqz

让我们看看如何模拟TM的操作。让我们首先考虑第二个:

q,zp,y,R

s=...xabqzyk......xabypyk...

qzαp,αΣ

αqzy,αΣ

第一种情况比较复杂,我们有:

q,zp,y,L

s=...xabqzyk......xapbyyk...abqpabq

第一步:

qzαy,αΣ

αqzp,αΣ

第二步:

αβpp,α,βΣ

αpββ,α,βΣ

至于所有其他CA规则(TM中没有规则),我们将编写以下内容:

αβγβ,α,β,γΣ

U6,4

在此处输入图片说明

qp,xq,y,Lu1,u3,u4,u5,u6

因此,现在我们不知道有2到15个符号之间的间隙(不包括)。

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