Altres aproximacions a la computabilitat

Documentos relacionados
FUNCIONS REALS. MATEMÀTIQUES-1

Recursivitat. Tecnologia de la Programació. Sebastià Vila-Marta. Enginyeria de Sistemes TIC Universitat Politècnica de Catalunya

Proporcionalitat i percentatges

DERIVADES. TÈCNIQUES DE DERIVACIÓ

TEMA 4: Equacions exponencials i logarítmiques

La creació de qualsevol llista es fa amb l operador list. En el cas de crear una llista buida la sintaxi és

TEMA 4 : Matrius i Determinants

Inferència de Tipus a Haskell

3. FUNCIONS DE RECERCA I REFERÈN- CIA

Prova d accés a la Universitat (2013) Matemàtiques II Model 1. (b) Suposant que a = 1, trobau totes les matrius X que satisfan AX + Id = A, on Id

Sèrie 5. Resolució: 1. Siguin i les rectes de d equacions. a) Estudieu el paral lelisme i la perpendicularitat entre les rectes i.

16 febrer 2016 Integrals exercicis. 3 Integrals

Aquesta eina es treballa des de la banda de pestanyes Inserció, dins la barra d eines Il lustracions.

AVALUACIÓ DE QUART D ESO

Gràficament: una funció és contínua en un punt si en aquest punt el seu gràfica no es trenca

TEMA 4 : Programació lineal

TEMA 5 Variables aleatòries: Generalitats

FUNCIONS EXPONENCIALS I LOGARÍTMIQUES. MATEMÀTIQUES-1

Polinomis i fraccions algèbriques

TEMA 5 : Resolució de sistemes d equacions

Anells i cossos. Definició i exemples. Donat un conjunt A i dues operacions binàries que denotarem per + i, direm que (A, +, ) és un anell si

Problemes de Sistemes de Numeració. Fermín Sánchez Carracedo

Unitat 2 EQUACIONS DE PRIMER GRAU. Matemàtiques, Ciència i Tecnologia 5. TRANSFORMACIONS D EXPRESSIONS ALGEBRAIQUES UNITAT 2 EQUACIONS DE PRIMER GRAU

1. Continuïtat i ĺımit de funcions de vàries variables

ACTIVITATS. a) b) c) d) INS JÚLIA MINGUELL 2n Batxillerat. dv, 18 de març Alumne:

Unitat 2. POLINOMIS, EQUACIONS I INEQUACIONS

UIB 2 + f (x) + f(x) ց ց ր ր Per tant, el punt ( 3. Una altra forma de veure-ho és calcular la derivada segona i mirar el signe en x = 3: 2 f (x) =

Proves d accés a la Universitat per a més grans de 25 anys Convocatòria 2013

Oficina d Organització de Proves d Accés a la Universitat Pàgina 1 de 6 PAU 2012

operacions inverses índex base Per a unificar ambdues operacions, es defineix la potència d'exponent fraccionari:

QUÍMICA 2 BATXILLERAT. Unitat 1 CLASSIFICACIÓ DE LA MATÈRIA LES SUBSTÀNCIES PURES

1. SISTEMA D EQUACIONS LINEALS

POLINOMIS. p(x) = a 0 + a 1 x + a 2 x a n x n,

1. Què tenen en comú aquestes dues rectes? Com són entre elles? 2. En què es diferencien aquestes dues rectes?

Tema 1: TRIGONOMETRIA

UNITAT DONAR FORMAT A UNA PRESENTACIÓ

Manual per a consultar la nova aplicació del rendiment acadèmic dels Graus a l ETSAV

Tema 2: GEOMETRIA ANALÍTICA AL PLA

INTEGRACIÓ: resolució exercicis bàsics ex res I.1

Resolucions de l autoavaluació del llibre de text

11 Límits de funcions. Continuïtat i branques infinites

UNITAT FUNCIONS D ÚS AVANÇAT

Sigui un carreró 1, d amplada A, que gira a l esquerra i connecta amb un altre carreró, que en direm 2, que és perpendicular al primer i té amplada a.

Definir els límits d integració en dominis 3D (R 3 ) Càlcul 2 - Aula Lliure

Tema 12. L oferta de la indústria i l equilibri competitiu. Montse Vilalta Microeconomia II Universitat de Barcelona

Districte Universitari de Catalunya

Un sistema lineal de dues equacions amb dues incògnites és un conjunt de dues equacions que podem representar de la manera:

E.1. Extrems de funcions. Fonaments Matemàtics de l Enginyeria II Yolanda Vidal, Francesc Pozo, Núria Parés

Segon principi de la termodinàmica

VECTORS I RECTES AL PLA. Exercici 1 Tenint en compte quin és l'origen i quin és l'extrem, anomena els següents vectors: D

z 2 4z + 5 = 0, z = x + iy, i 1,

FÍSICA NUCLEAR. En tots els àtoms trobem: Càrrega. Massa. Protons +1, C 1,0071 1, Nucli. Neutrons - 1,0085 1,

Unitat 1. Nombres reals.

Data de lliurament: divendres 8 d abril de 2016

PROGRAMACIÓ 1! 1. Entendre el concepte de recursivitat. 2. Saber dissenyar algorismes recursius senzills i implementar-los en llenguatge C.

UNITAT LES REFERÈNCIES EN L ÚS DELS CÀLCULS

Unitat 2 TEOREMA DE TALES. TEOREMA DE PITÀGORES. RAONS TRIGONOMÈTRIQUES UNITAT 2 TEOREMA DE TALES.

Les Arcades. Molló del terme. Ermita la Xara. Esglèsia Sant Pere

C.F.G.S. M06. Sistemes programables avançats UF1.: Sistemes avançats de control industrial.

ATENA LECTURES DE FILOSOFIA

10 Àlgebra vectorial. on 3, -2 i 4 són les projeccions en els eixos x, y, y z respectivament.

Nom i Cognoms: Grup: Data:

Estudiem la funció (,, ) en un domini obert on existeixen, i són contínues, totes les seves derivades parcials fins l ordre que sigui necessari.

Apèndix Àlgebra lineal amb wxmaxima

MINIGUIA RALC: REGISTRE D UN NOU ALUMNE (Només per a ensenyaments no sostinguts amb fons públics)

Estats d agregació de la matèria MP02_TRANSPORT DE SÒLIDS I FLUIDS UF1_CONTROL I TRANSPORT DE LÍQUIDS A1.1_ESTATS D AGREGACIÓ DE LA MATÈRIA

TEMA 1: Trigonometria

Examen Final 17 de gener de 2013

Cristina Aguilar Riera 3r d E.S.O C Desdoblament d experimentals

Una funció és una relació entre dues variables, de tal manera que al variar el valor d'una d'elles va variant el valor de l'altra.

UNITAT LES REFERÈNCIES EN L ÚS DELS CÀLCULS

TEMA 3: Polinomis 3.1 DEFINICIONS:

TEMA 6. POLINOMIS II. a n a 2 a 1 a Teorema del residu. 4. Polinomis irreductibles. 6. Fraccions algebraiques

Geometria / GE 2. Perpendicularitat S. Xambó

POLINOMIS. Divisió. Regla de Ruffini.

c) C = (c ij ) de tres files i tres columnes per a) u r = (1, 2, 3, 4), c) u r = (1, 1, 1), v r = (2, 4, 8) i w r = (3, 9, 27)

Llista 1. Probabilitat. (Amb solució)

UNITAT TAULES DINÀMIQUES

INTRODUCCIÓ AL FULL DE CÀLCUL-NIVELL II

CARTES DE FRACCIONS. Materials pel Taller de Matemàtiques

EVOLUCIÓ DE LA VELOCITAT I LA FORÇA, EN FUNCIÓ DE L EDAT, L ESPORT I EL SEXE

Química 2n de Batxillerat. Gasos, Solucions i estequiometria

UNITAT DONAR FORMAT A UN DOCUMENT

Perquè Teoria de Sistemes

Editar UDF s el Logo! 0BA7: PROGRAMA PRINCIPAL UDF_PC-PL

DIBUIX TÈCNIC PER A CICLE SUPERIOR DE PRIMÀRIA

Un breu resum de teoria

Els fulls de càlcul. Tabla 1 : Calculadora

Tema 2. Els aparells de comandament elèctrics.

1) (4 punts) La física clàssica prediu correctament la forma dels espectres atòmics? Justifica la teva resposta.

WINDOWS MAIL. Abans de començar, assegures de que coneix la seua direcció de correu electrònic junt a la següent informació.

Unitat 1 DIVISIBILITAT. Matemàtiques, Ciència i Tecnologia 2. ECONOMIA DOMÈSTICA UNITAT 1 DIVISIBILITAT

Oficina d Organització de Proves d Accés a la Universitat Pàgina 1 de 6 PAU 2008 QÜESTIONS

D36 ÀMBIT D APLICACIÓ DE LES DIVERSES BRANQUES DE LA FÍSICA:

Taules de Contingut automàtiques

Les funcions que apliquen a tots els elements del domini la mateixa imatge es diu funció constant, evidentment han d ésser del tipus f(x) = k (k R)

ACTIVITATS D APRENENTATGE

Els nombres enters són els que permeten comptar tant els objectes que es tenen com els objectes que es deuen.

Transcripción:

Altres aproximacions a la computabilitat La màquina de Turing no és l únic model de computació que es pot considerar per tal d arribar a les mateixes conclusions. Tampoc no va ser històricament el primer. Aproximacions similars es van dur a terme des del punt de vista de la lògica. Particularment interessant per a la ciència de la computació és la teoria de les funcions recursives. Considerarem còmputs relacionats amb enters. Concretament, f : IIN IIN És a dir, funcions d enters en enters. La qual cosa és fàcilment extensible a funcions del tipus f : IIN m IIN n TALF-2002-2003 1/23

Càlcul lambda El càlcul lambda és un formalisme lògic-matemàtic que serveix per representar còmputs i que es pot veure com un sistema de reescritura (com les gramàtiques). Només existeixen funcions que es representen com a abstraccions lambda. Una abstracció lambda té la forma: λx.(expressió en funció de x). On l expressió ha d estar formada també per abstraccions lambda. Exemple: λx.x, λx.(x + 2), λy.λx.(x + y) Les abstraccions lambda es poden aplicar sobre un argument i donen com a valor una altra abstracció o un valor definitiu. (λx.x)3 = 3, (λx.(x + 2))f = f + 2, λy.λx.(x + y)5 = λx.(x + 5) TALF-2002-2003 2/23

Càlcul lambda Inicialment només es disposa de variables lliures (x, y, z,...) y el mecanisme d abstracció. I a partir d això es defineix tot: els enters, funcions aritmètiques, els valors vertader i fals, predicats, etc. i fins i tot, la recursió! És a dir, qualsevol funció recursiva es pot expressar com una abstracció lambda. La computabilitat es pot estudiar des d aquest punt de vista i, històricament, el primer problema indedidible va ser la comprovació d equivalència entre dues expressions lambda. El càlcul lambda està intimament relacionat amb alguns llenguatges de programació funcionals com LISP i SCHEME i més llunyanament amb altres com ML, MIRANDA o HASKELL. TALF-2002-2003 3/23

La teoria de funcions recursives Com que el nostre objectiu és estudiar la computabilitat dels càlculs (recursius) sobre enters adoptarem un nivell d abstracció diferent. considerarem donats els enters i les tuples d enters (IIN m ) i partirem d un conjunt reduït de funcions molt senzilles clarament computables. definirem aleshores un conjunt (finit) de mecanismes de obtenció de funcions a partir de funcions per tal d obtindre noves funcions cada vegada més complexes. Com que els mecanismes es podran caracteriztar metòdicament el resultat seran funcions computables. el resultat serà una jerarquia de famílies de funcions que cobrirà el conjunt de totes les funcions (computables) dels enters en els enters. al final demostrarem que el conjunt de funcions així obtingudes és equivalent al conjunt de funcions Turing-computables (una vegada aplicada la codificaciódecodificació corresponent). TALF-2002-2003 4/23

Les funcions inicials funció zero: escriure un zero, ζ() = 0 ζ : IIN 0 IIN funció successor: següent valor segons l enumeració natural, σ(x) = x + 1. σ : IIN IIN funcions projecció: selecció dels elements d una tupla, πi m (x 1,..., x m ) = x i. π m i : IIN m IIN π m 0 : IIN m IIN 0 π m 0 (x) = (). TALF-2002-2003 5/23

Combinació i composició de funcions combinació: juxtaposició dels resultats de dues funcions. f : IIN k IIN m g : IIN k IIN n f g : IIN k IIN m+n (f g)(x) = (f(x), g(x)) composició: aplicació d una funció sobre el resultat d una altra. g : IIN k IIN m f : IIN m IIN n f g : IIN k IIN n (f g)(x) = f(g(x)) TALF-2002-2003 6/23

Curiositat. Algunes funcions en càlcul lambda id = λx.x undef = (λx.xx)(λx.xx) 0 = ζ() = λf.λx.x n = λf.λx.ff... fx = λf.λx.f n x σ = λf.λx.f(nfx) π m i = λx 1.... λx m.(x i ) TALF-2002-2003 7/23

Recursivitat primitiva g : IIN k IIN m h : IIN n+k+1 IIN m f(x, 0) = g(x) f(x, y + 1) = h(x, y, f(x, y)) Definició de la funció f mijantçant recursivitat primitiva a partir de g i h. F RP : conjunt de les funcions recursives primitives, que són aquelles que es poden obtindre mijantçant un nombre finit de combinacions, composicions i recursivitats primitives a partir de funcions inicials. TALF-2002-2003 8/23

Funcions recursives primitives. Exemples Funcions constants: e3() = σ(σ(σ(ζ()))) = (ζ σ 3 )() = 3 Funció identitat: id(x) = π1(x) 1 = x. Funció suma: Funció multiplicació: Funció predecessor: suma(x, 0) = x suma(x, y + 1) = σ(suma(x, y)) Funció resta (positiva): mult(x, 0) = 0 mult(x, y + 1) = x + mult(x, y) pred(0) = 0 pred(x + 1) = x x 0 = x x (y + 1) = pred(x y) TALF-2002-2003 9/23

Predicats. Exemples Els predicats són funcions que s evaluen a 0 o 1: (x > y) = x y (x y) = (x y) + (y x) neg(x) = 1 x (x = y) = neg(x y) (x y) = neg(x > y) TALF-2002-2003 10/23

Funcions condicionals. Exemples La funció sialeshoressino: sialeshoressino(x, y, z) = (x = 1) y + (x = 0) z Funcions tabulars: g 1 (x) si p 1 (x) g 2 (x) si. p 2 (x) neg(p 1 (x)) g k (x) si p k (x)... g 0 (x) sino exercici! TALF-2002-2003 11/23

Funcions recursives primitives. Propietats Les funcions de F RP són computables. Les funcions de F RP són totals. Hi ha funcions totals que no són recursives primitives! A(0, y) = y + 1 A(x + 1, 0) = A(x, 1) A(x + 1, y + 1) = A(x, A(x + 1, y)) Es pot demostrar que aquesta funció creix més ràpid que qualsevol funció de F RP. TALF-2002-2003 12/23

Funcions recursives primitives. Propietats Són recursives primitives altres funcions recursives rares que creixen molt ràpid com la de Fibonacci? F (0) = 0 F (1) = 1 F (x) = F (x 1) + F (x 2) Depén. Aquesta és recursiva primitiva! f(x) = sialeshoressino(x = 0, (0, 1), (F (x), F (x + 1))) TALF-2002-2003 13/23

Aleshores ens hem de creure que hi ha funcions totals no recursives primitives? Vale. Ahí va un altre exemple. Com que les funcions de F RP es poden descriure de forma finita (una determinada seqüència de combinacions, composicions i recursivitats primitives aplicades sobre determinades funcions inicials), aquestes admeten una codificació i, per tant, una enumeració. F RP = {f i } i=1 Definim una nova funció clarament computable i total: f(x) = f x (x) + 1. Però f no pot ser recursiva primitiva ja que si ho fóra li correspondria un determinat índex, y, en l enumeració de F RP. Aleshores, f(y) = f y (y) + 1 = f(y) + 1 impossible! TALF-2002-2003 14/23

Funcions µ-recursives o recursives parcials S introdueix un nou mecanisme de construcció de funcions: la minimalització. Donada g : IIN n+1 IIN, es defineix f : IIN n IIN com f(x) = min{y g(x, y) = 0} indef(x) = µt[1 = 0] id(x) = µy[x y = 0] div(x, y) = µd[(x + 1) y(d + 1) = 0] TALF-2002-2003 15/23

Funcions µ-recursives o recursives parcials Una funció es diu minimalitzable si està definida per als valors menors que el primer valor per al quals s anul la Les funcions definides mijantçant minimalització són computables si: g és minimalitzable. g és total. TALF-2002-2003 16/23

Funcions µ-recursives o recursives parcials F I F F F R T RP El conjunt de les funcions µ-recursives està format per aquelles funcions que es poden definir mijantçant un nombre finit de combinacions, composicions, recursivitats primitives i minimalitzacions de funcions minimalitzables. Si les minimalitzacions es restringeixen a funcions totals, el conjunt que s obté és el mateix. També es pot demostrar que tota funció µ-recursiva es pot expressar fent servir una única minimalització (necessàriament d una funció total!). TALF-2002-2003 17/23

Les funcions Turing-computables són µ-recursives Considerem una màquina M que computa una funció parcial de IIN en IIN definida en un determinat subconjunt X IIN. M = Q, {1}, {1, 0}, δ, q 1, 0, {q 0 } Suposarem cinta semiinfinita, un únic estat de parada, q 0, i la codificació binaria invertida dels enters on el zero i el blanc són el mateix símbol. x M f(x) Es tractarà ara de construir una funció recursiva que compute f(x) per a tot x de X. TALF-2002-2003 18/23

Les funcions Turing-computables són µ-recursives funció moviment següent: mov(i, x) = funció símbol següent: sim(i, x) = funció estat següent: est(i, x) = 2 si q j Q, y {1, 0} : δ(q i, x) = (q j, y, ) 1 si q j Q, y {1, 0} : δ(q i, x) = (q j, y, ) 0 sino y si q j Q, D {, } : δ(q i, x) = (q j, y, D) x sino j si D {, }, y {1, 0} : δ(q i, x) = (q j, y, D) Q sino TALF-2002-2003 19/23

Les funcions Turing-computables són µ-recursives Les configuracions de M es correspondran amb ternes (w, i, n) on w és el contingut de la cinta, i és l estat actual i n la posició del capçal (si el capçal se n eix, n = 0). Aleshores, si actsim(w, i, n) = div(w, 2 n 1 ) mult(2, div(w, 2 n )) posició següent: posseg(w, i, n) = n igual(mov(i, actsim(w, i, n)), 1)+igual(mov(i, actsim(w, i, n)), 2) estat següent: estseg(w, i, n) = est(i, actsim(w, i, n)) + mult( Q, no(posseg(w, i, n))) contingut de cinta següent: cintaseg(w, i, n) = w mult(2 n, actsim(w, i, n))+mult(2 n, sim(i, actsim(w, i, n))) TALF-2002-2003 20/23

Les funcions Turing-computables són µ-recursives Ara es pot definir: pas : IIN 3 IIN 3 pas = cintaseg estseg posseg Per definició, aquesta funció compleix que pas(w, i, n) = (w, j, n ) (w, q i, n) M (w, q j, n ) Aleshores, comp(w, i, n, 0) = (w, i, n) comp(w, i, n, t + 1) = pas(comp(w, i, n, t)) comp(w, 1, 1, t) calcula la configuració de M amb w després de t moviments. TALF-2002-2003 21/23

Les funcions Turing-computables són µ-recursives Com que π 3 2(comp(w, 1, 1, t)) ens dóna l estat després de t moviments, i q 0 és l únic estat de parada, podem definir aleshores, per minimalització, parada(w) = µt[π 3 2(comp(w, 1, 1, t)) = 0] Amb la qual cosa, la funció que calcula M es pot escriure com a f(w) = π 3 1(comp(w, 1, 1, parada(w))) Amb la qual cosa queda demostrat que f és µ-recursiva! TALF-2002-2003 22/23

Les funcions Turing-computables són µ-recursives Sumari de les principals funcions definides i les seues dependències: cintaseg f comp pos estseg parada posseg sim est mov Només faltaria actsim que és una operació aritmètica sobre w utilitzada per cintaseg, estseg i posseg. TALF-2002-2003 23/23