Интересное метрическое пространство, связанное с машинами Тьюринга


16

В этом вопросе мы рассматриваем только машины Тьюринга, которые останавливаются на всех входах. Если k∈N то через Tk мы обозначаем машину Тьюринга, код которой равен k .

Рассмотрим следующую функцию

s(x,y)=min{k∣|L(Tk)∩{x,y}|=1}

Другими словами, - это код самой маленькой машины Тьюринга, которая точно распознает одну из строкТеперь мы можем определить следующую картуx , y .s(x,y)x,y.

d(x,y)={2−s(x,y)if x≠y,0otherwise.

Можно быстро проверить, что d(x,y) индуцирует метрическое пространство (фактически ультраметрию) на Σ∗.

Теперь я хотел бы доказать, что если f:Σ∗↦Σ∗ является равномерно непрерывной функцией, то для любого рекурсивного языка L f−1(L) рекурсивна.

Другими словами, пусть f будет картой такой, что для каждого ϵ>0 найдется δ>0 такая, что если для строк x,y∈Σ∗

d(x,y)≤δ
то
d(f(x),f(y))<ϵ.
Затем нам нужно показать, что f−1(L) - рекурсивный язык, учитывая, что L рекурсивен.

Теперь, как уже отмечалось в этом посте, один из способов решения этой проблемы состоит в том, чтобы показать, что существует машина Тьюринга, которая задает строку вычисляющуюx∈Σ∗f(x).

Я застрял, доказывая это утверждение, и медленно размышляю, есть ли какой-то другой подход для решения этой проблемы?

Советы, предложения и решения приветствуются!


1
Почему вы пытаетесь доказать это? Это напоминает мне вычислимость Банаха-Мазура, которая не очень хорошо себя ведет.
— Андрей Бауэр

@AndrejBauer Домашнее задание!
— Jernej

Ответы:


9

Редактировать: убрал подсказки, выложил моё решение.

Вот мое решение. Мы собираемся выбрать опорную точку где f ( x ) ∈ L, и рассмотрим вселенную с точки зрения x и f ( x ) . Оказывается, что каждая «окрестность» точки соответствует рекурсивному языку. Таким образом, L - это окрестность вокруг f ( x ) , и вокруг x будет некоторая окрестность, которая будет отображаться в ней; эта окрестность - рекурсивный язык.xf(x)∈Lxf(x)Lf(x)x

Лемма. В этом пространстве язык рекурсивен тогда и только тогда, когда он является окрестностью каждой из его строк.

Доказательство . Во- первых, исправить рекурсивный язык , и пусть х ∈ L . Пусть K минимальный индекс решающего для L . Тогда мы имеем , что если у ∉ л , ев ( х , у ) ≤ K , так что д ( х , у ) ≥ 1 / 2 К . Таким образом , d ( х , у ) < 1 / 2 К означает , что у ∈Lx∈LKLy∉Ls(x,y)≤Kd(x,y)≥1/2Kd(x,y)<1/2K .y∈L

Во-вторых, пусть - произвольная строка и зафиксируем ε > 0 ; пусть K = ⌊ log ( 1 / ε ) ⌋ . Пусть L K = { y : d ( x , y ) < ε } ; тогда L K = { y : s ( x , y ) > K } . Тогда мы можем написатьxε>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}.

Но разрешима: на входе y можно смоделировать первые K решателей по x и y и принять, если и только если каждый либо принял оба, либо отклонил оба. ◻LKyKxy ◻

Теперь мы почти закончили:

Опора. Пусть непрерывно. Если L рекурсивно, то f - 1 ( L ) рекурсивно.fLf−1(L)

Доказательство. Под непрерывной функцией прообраз окрестности есть окрестность.


Интересно, что я думаю, что в этом пространстве непрерывная функция равномерно непрерывна: пусть непрерывна, поэтому для каждой точки x для каждого ε существует соответствующее δ . Зафиксируем ε и пусть K = ⌊ log ( 1 / ε ) ⌋ . Существует конечное число шариков размера ε : существует L ( T 1 ) ∪ L ( T 2 ) ⋯ ∪ L ( T K ) ; тогда естьfxεδεK=⌊log⁡(1/ε)⌋εL(T1)∪L(T2)⋯∪L(TK); тоL(Т1)∪ ¯ л ( Т 2 ) ⋯∪L(ТК), и так далее. fассоциирует с каждым из этих языковLiязык прообразаL ' i с соответствующим диаметромδi. За каждыйхL(T1)¯∪L(T2)⋯∪L(TK)L(T1)∪L(T2)¯⋯∪L(TK)fLiLi′δi , d ( x , y ) ≤ δ ix∈Li′ . Таким образом, мы можем взять минимум над этим конечным числом δ s, чтобы получить равномерную постоянную непрерывности δ, связанную с этим ε .d(x,y)≤δi⟹d(f(x),f(y))≤εδδε


1
Ясно , что но я все еще скучаю, как показать, чтоf-1(L)рекурсивно! d(x′,y′)≤12Kf−1(L)
— Jernej

@ Jernej Хорошо, во-первых, у нас также есть противозачаточное средство - если то либо оба находятся вL,либо нет. Теперь давайте возьмемϵ=1d(x′,y′)>12KLϵ=12K. Then there is some δ so, if d(x,y)≤δ, then |L∩{f(x),f(y)}|=1. In particular, let's pick some x with x′=f(x)∈L. Now we want to know where all the other elements of L lie relative to x′, and therefore where must the other members of f−1(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
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.