与图灵机有关的有趣度量空间


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在这个问题中,我们仅考虑在所有输入上都停止的图灵机。如果kN然后通过Tk我们表示图灵机,其代码是k

考虑以下功能

s(x,y)=min{k|L(Tk){x,y}|=1}

换句话说,是最小的图灵机的代码,它可以精确识别字符串现在我们可以定义以下地图s(x,y)x,y.

d(x,y)={2s(x,y)if xy,0otherwise.

可以快速验证)在上引起度量空间(实际上是超度量)Σ d(x,y)Σ.

现在,我想证明如果是一致连续的函数,那么对于每种递归语言L,也是递归的。f:ΣΣf1(L)

换句话说,让为一个映射,使得对于每个都有一个,使得对于字符串然后 然后我们需要证明是一种递归语言,因为L是递归的。ε > 0 δ > 0 X ý &Element; &Sigma; *fϵ>0δ>0x,yΣ d ˚F X ˚F ÿ < ε f 1L L

d(x,y)δ
d(f(x),f(y))<ϵ.
f1(L)L

现在,正如已经指出这个帖子一出来解决这个问题的办法就是表明,有一个图灵机给出字符串计算 ˚F X xΣf(x).

我坚持证明这一主张,并慢慢地想知道是否还有其他方法可以解决这个问题?

欢迎提示,建议和解决方案!


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您为什么要证明这一点?这让我想起了Banach-Mazur可计算性,它的表现不是很好。
安德烈·鲍尔

@AndrejBauer家庭作业!
耶内(Jernej)2012年

Answers:


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编辑:删除提示,发布我的解决方案。

这是我的解决方案。我们要选择一个参考点,其中˚F X 大号,并考虑从宇宙X˚F X 的观点。事实证明,一个点的每个“邻居”都对应一个递归语言。所以Lf x 周围的邻域,并且x周围会有一些映射到它的邻域。该邻域是一种递归语言。xf(x)Lxf(x)Lf(x)x

引理。在这种情况下,当且仅当语言在每个字符串的附近时才是递归的。

证明。首先,解决一个递归语言,让X 大号。令KL的决策者的最小指数。那么我们有,如果ÿ 大号s ^ X ÿ ķ,所以d X ÿ 1 / 2 ķ。因此ð X ÿ < 1 / 2 ķ意味着ÿ LxLKLyLs(x,y)Kd(x,y)1/2Kd(x,y)<1/2KyL

其次,令为任意字符串并固定ε > 0;让ķ = 日志1 / ε 。令L K = { y d x y < ε } ; 那么L K = { y s x y > K }。然后我们可以写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}.

但是是可确定的:在输入y上,可以模拟xy上的前K个决策器,并在且仅当每个接受或拒绝两个时都接受。LKyKxy 

现在我们差不多完成了:

prop。令为连续的。如果大号是递归的,然后˚F - 1大号是递归的。fLf1(L)

证明。在连续功能下,邻域的原像是邻域。


有趣的是,我认为在这个空间中,连续函数是一致连续的:令为连续的,因此对于每个点x,对于每个ε,都存在一个对应的δ。固定的ε和让ķ = 日志1 / ε 。有尺寸的球的有限数目的ε:有大号Ť 1大号Ť 2大号Ť ķ ; 然后有fxεδεK=log(1/ε)εL(T1)L(T2)L(TK); 然后大号Ť1 ¯ 大号Ť 2大号Ťķ,等等。˚F关联到每个这些语言的大号原像语言大号 '具有相关联的直径δ。对于每个xL(T1)¯L(T2)L(TK)L(T1)L(T2)¯L(TK)fLiLiδi d X ÿ δ xLi。因此,我们可以对这些有限的多个 δ取最小值,以获得与此 ε相关的均匀连续常数 δd(x,y)δid(f(x),f(y))εδδε


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显然但我仍然想念如何证明f1L是递归的!d(x,y)12Kf1(L)
耶内(Jernej)2012年

@Jernej好的,所以首先,我们也有相反的结论-如果则两者都为L或都不为L。现在取ϵ=1d(x,y)>12KL。再有就是一些δ如此,如果dXÿδ,那么| 大号{˚FX˚Fÿ}| =1。具体地,让我们挑选一些XX'=˚FX大号。现在我们想知道L的所有其他元素相对于x'的位置ϵ=12Kδd(x,y)δ|L{f(x),f(y)}|=1xx=f(x)LLx, and therefore where must the other members of f1(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

Quick question. We have shown that LK is decidable. I don't see how it follows that it is recursive? Cant it be that one of the simulated Tj never halts?
Jernej
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