Turingmaschinen • Falls dabei ein a rechts von einem b oder c steht, verwirft die TM direkt (indem sie in eine nicht-akzeptierende Stoppkonfiguration wechselt); ebenso, wenn ein b rechts von einem c steht; • Dies wird solange gemacht, bis nach erzeugtem c ′ ein ̸ b steht. • Zum Schluß wird zurückgelaufen und überprüft, dass keine unersetzten a oder b übrig geblieben sind. Eine solche Turingmaschine erkennt tatsächlich L: sie akzeptiert gdw. 1. die Eingabe dieselbe Anzahl a’s wie b’s wie c’s hat (denn es wurde jeweils dieselbe Anzahl ersetzt und danach waren keine a’s, b’ und c’s mehr übrig); 2. in der Eingabe alle a’s vor b’s vor c’s stehen. Im Detail definiert man die Turingmaschine A wie folgt: A = ({q 0 ,q akz ,finde_b,finde_c,zu_Ende_?,zu_Ende_!,zurück}, {a,b,c}, {a,a ′ ,b,b ′ ,c,c ′ ,̸ b}, q 0 ,∆,{q akz }) mit ∆ = ̸ ̸ ̸ ̸ ̸ ̸ {(q 0 , b, b, N, q akz ), (q 0 , a, a ′ , R, finde_b), (finde_b, a, a, R, finde_b), (finde_b, b ′ , b ′ , R, finde_b), (finde_b, b, b ′ , R, finde_c), (finde_c, b, b, R, finde_c), (finde_c, c ′ , c ′ , R, finde_c), (finde_c, c, c ′ , R, zu_Ende_?), (zu_Ende_?, c, c, L, zurück), (zurück, c ′ , c ′ , L, zurück), (zurück, b, b, L, zurück), (zurück, b ′ , b ′ , L, zurück), (zurück, a, a, L, zurück), (zurück, a ′ , a ′ , R, q 0 ), (zu_Ende_?, b, b, L zu_Ende_!), (zu_Ende_!, c ′ , c ′ , L, zu_Ende_!), (zu_Ende_!, b ′ , b ′ , L, zu_Ende_!), (zu_Ende_!, a ′ , a ′ , L, zu_Ende_!), (zu_Ende_!, b, b, N, q akz )} Beachte: wenn die Maschine z.B. im Zustand finde_c ist und ein a liest, so ist sie in einer Stoppkonfiguration. Da finde_c kein Endzustand ist, handelt es sich um eine verwerfende Stoppkonfiguration. Also verwirft die Maschine, wenn in der Eingabe nach einer Folge von a’s noch ein b erscheint. In graphischer Darstellung sieht diese Maschine wie folgt aus: 94
Turingmaschinen Varianten von Turingmaschinen: In der Literatur werden verschiedene Versionen von Turingmaschine definiert, die aber alle äquivalent zueinander sind, d.h. dieselben Sprachen erkennen und dieselben Funktionen berechnen. Hier zwei Beispiele: • Turingmaschinen mit nach links begrenztem und nur nach rechts unendlichem Arbeitsband • Turingmaschinen mit mehreren Bändern und Schreib-Leseköpfen Die Äquivalenz dieser Modelle ist ein Indiz für die Gültigkeit der Church-Turing-These. Wir betrachten das zweite Beispiel genauer und zeigen Äquivalenz zur in Definition 11.1 eingeführten 1-Band-TM. Definition 11.3 (k-Band-TM) Eine k-Band-NTM hat die Form A = (Q,Σ,Γ,q 0 ,∆,F) mit • Q,Σ,Γ,q 0 ,F wie in Definition 11.1 und • ∆ ⊆ Q×Γ k ×Γ k ×{r,l,n} k ×Q. Dabei bedeutet (q,(a 1 ,...,a k ),(b 1 ,...,b k ),(d 1 ,...,d k ),q ′ ) ∈ ∆: • Vom Zustand q aus • mit a 1 ,...,a k auf den Arbeitsfeldern der k Bänder kann A 95
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Literaturverzeichnis [Koz06] Dexter