La famosa macchina di Turing si basa su una struttura matematica solida e autonoma con qualità per risolvere operazioni matematiche attraverso l’uso algoritmico. Sebbene questa definizione sia molto complessa, la realtà è che non lo è.
In poche parole, questa macchina è un dispositivo prodotto nel 1936 per calcolare all’infinito i dati del computer. Senza dubbio, il suo sviluppo segna un evento chiave nella storia dell’informatica . Possiamo infatti considerare che grazie a questa macchina esistono oggi i computer che conosciamo.
In poche parole, la macchina di Turing non è complicata. Al contrario, uno dei suoi attributi più importanti è proprio la facilità di esecuzione. Utilizza semplicemente rappresentazioni simboliche su un nastro che segue diversi processi. Tuttavia, solo perché è semplice non significa che sia inutile. È proprio il contrario.
Una macchina di Turing accetta tutti i tipi di codice algoritmico da vari computer. In questo senso, simula perfettamente la logica del comportamento del computer.
Questa macchina deve il suo nome al suo inventore Alan Turing di origine inglese. Questo personaggio si è distinto durante la sua vita in diversi ambiti. Eccelleva principalmente come genio della logica. Infatti, da quanto sopra, la macchina fu inizialmente chiamata “macchina informatica logica”.
La macchina di Turing rappresenta uno dei contributi più rilevanti nella storia dell’informatica.
Storia della creazione della macchina di Turing
Nel XIX secolo la matematica aveva acquisito rilevanza in molti campi. Ciò però non era ancora stato ufficializzato. La maggior parte degli esperti in materia ha lavorato duramente per stabilire questo campo di studi.
Si trattava di implementare un’ipotesi su un insieme di simboli e metodi la cui realizzazione sarebbe stata affidata a una macchina.
Alan Turing rivelò la sua iniziativa sulla macchina di Turing nel 1936 . Ciò è avvenuto proprio nella presentazione della sua ricerca “Sui numeri computabili, con un’applicazione all’Entscheidungsproblem” . La pubblicazione, dello stesso anno, analizzava l’approccio di David Hilbert alla decidibilità della matematica.
In altre parole, l’approccio era quello di confermare l’esistenza di una procedura fissa applicabile a qualsiasi risposta matematica e che questa, a sua volta, conferma se tale risultato è vero o meno. Sulla base di quanto sopra, Alan Turing progettò la macchina di Turing, confermando che alcune macchine possono risolvere vari algoritmi.
Fino ad ora Turing ha lasciato un’importante eredità. Sebbene il suo lavoro non sia incentrato sulla rappresentazione fisica, non si può negare la sua rilevanza per la moderna progettazione informatica. Per tutto ciò, quando osserviamo il comportamento di un computer, ci troviamo di fronte ad una macchina di Turing.
Come è fatta la macchina di Turing?
Una macchina di Turing ha un numero illimitato di nastri separati in sezioni di gestione che funzionano come un dispositivo di archiviazione. Inoltre, ha una testina che legge e scrive codici sul nastro. D’altra parte, questa stessa parte è responsabile dello spostamento del nastro da uno spazio all’altro.
Include anche un record di controllo dello stato e una tabella dei processi ridotti. Quest’ultima è anche conosciuta come tabella delle azioni. Come abbiamo accennato prima, la macchina di Turing funziona automaticamente . Pertanto, per decifrare diversi tipi di algoritmi, è governato dalla gerarchia di Chomsky.
- Nastro : questo nastro è diviso in sezioni e ciascuna è posizionata in base all’altra. Tutte le celle hanno simboli di un primer limitato. Il primer, a sua volta, ha un simbolo particolare chiamato “B”. Inoltre, include altri simboli aggiuntivi. Il nastro si estende in entrambe le direzioni (sinistra o destra) quanto necessario per il tuo lavoro.
- Testa – Questa parte della macchina di Turing legge e genera codici sul nastro. Inoltre, è responsabile dello spostamento del nastro nella direzione corrispondente. A seconda del modello di testa, potrebbe muoversi. Se è così, la banda è fissa.
- Salvataggio dello stato : come suggerisce il nome, è necessario salvare lo stato dell’elettrodomestico. Questo si riferisce ad uno stato limitato. Inoltre, esiste uno stato inaugurale particolare con il quale il registro inizia a funzionare. Alan Turing afferma che ciascuno degli stati sostituisce lo “stato mentale” quando un individuo esegue una determinata operazione matematica.
- Tabella delle istruzioni – Fondamentalmente si occupa di tutti i suggerimenti della macchina di Turing. Cioè, indica cosa dovrebbe essere in esecuzione il dispositivo in un dato momento. Ad esempio, muovi la testa, scrivi un simbolo o cancellalo, tra gli altri.
Come funziona la macchina di Turing?
Una macchina di Turing esegue tre compiti essenziali una volta posizionata la testina sul nastro. Questo dispositivo legge il simbolo situato in una determinata cella, modifica il valore del simbolo situato in una cella o sposta la striscia a destra o a sinistra per decifrare e sostituire la cella vicina.
Inoltre, ciascuno dei valori può avere un’attività correlata. Cioè se, ad esempio, il simbolo letto corrisponde al numero 1, la macchina di Turing scrive 0 e sposta la striscia verso destra. Se invece il simbolo letto è 0 la macchina scrive il numero 1.
Questo compito eseguito dalla macchina di Turing è chiamato inversione. Quindi, i valori binari hanno una posta in gioco. Pertanto, una macchina di Turing è programmata per eseguire compiti specifici, che decifrano algoritmi molto complessi. L’oggetto centrale di questo dispositivo sono i numeri calcolati mediante operazioni matematiche.
A cosa serve la macchina di Turing?
In effetti, la macchina di Turing ha avuto una miriade di usi nel corso della sua storia. E, non ultimo, si tratta di un’invenzione rivoluzionaria che ha cambiato il modo in cui vediamo e interpretiamo la matematica. In precedenza veniva utilizzato, ad esempio, come generatore di lingue .
Tuttavia, sono molte le applicazioni che possono essere discusse a questo punto. Alcuni dei più importanti sono:
- Teoria del calcolo – Questa teoria fa parte dello studio dell’informatica e della matematica. Il suo obiettivo principale è l’analisi delle qualità essenziali e dei limiti dei computer. In particolare, questa teoria cerca di trovare procedure matematiche che ammettano la possibilità di calcolare e classificare un’operazione in base al suo livello di complessità.
- Oracle Machine : questo è un tipo di macchina di Turing che ha un oracolo che risponde a domande relative a una specifica simbologia numerica.
Quali tipi di macchine di Turing esistono?
Esistono diversi tipi di macchine di Turing. Ognuno di essi nasce con lo scopo di semplificare la realizzazione di problemi algoritmici. I cinque tipi sono descritti di seguito:
- Macchina di Turing con Direttiva Stay – Questa macchina ha una banda illimitata che si muove in una direzione. Di solito la banda si sposta a destra. La mobilità verso sinistra è disabilitata.
- Macchina di Turing bidirezionale – Se una macchina di Turing ha un numero illimitato di nastri, può funzionare come una macchina bidirezionale, ma con due tracce. In questo caso le informazioni vengono localizzate in base alla disposizione delle fasce, se applicabile.
- Multitape Turing Machine – Come suggerisce il nome, ha più nastri. La sua particolarità è che ognuno di loro ha la propria testa. Pertanto, ciascuna di queste parti funziona in modo indipendente. D’altra parte, non è necessario che si muovano nella stessa direzione o contemporaneamente.
- Macchina di Turing multidimensionale : In questo caso, la striscia della macchina ha diverse dimensioni. Cioè una fascia bidimensionale che si muove a destra, a sinistra, su e giù. A seconda dello stato della macchina e dell’algoritmo da decifrare, lo stato viene modificato.
- Macchina di Turing non deterministica : è possibile simulare una macchina deterministica con una macchina non deterministica e viceversa. Nel caso del deterministico, si basa su ciò che, per il simbolo della striscia e lo stato corrente, è costituito da un numero limitato di numeri tra cui scegliere.
Quali sono i vantaggi della macchina di Turing?
Uno dei vantaggi più importanti di questo tipo di macchina, rispetto ad altri, è che il suo linguaggio è piuttosto esteso. D’altra parte, l’algoritmo può essere autorizzato o rifiutato senza doverlo rileggere completamente. Le operazioni vengono comunque calcolate quando si ha a che fare con una macchina di Turing. Inoltre, la sua codifica è decidibile .
Queste macchine elencano o enumerano la lingua. D’altra parte, l’autonomia di cui dispongono non è paragonabile a nessun’altra. Quest’ultimo gli consente di saltare tra diversi stati. Non è necessario riassumere equazioni logiche perché la memoria è abbastanza grande.