Хорошо известная машина Тьюринга основана на прочной и автономной математической структуре, способной решать математические операции посредством алгоритмического использования. Хотя это определение очень сложное, на самом деле это не так.
Проще говоря, эта машина представляет собой устройство 1936 года выпуска, предназначенное для бесконечного расчета компьютерных данных. Без сомнения, его разработка знаменует собой ключевое событие в истории вычислений . Фактически, мы можем считать, что благодаря этой машине известные нам компьютеры существуют сегодня.
Проще говоря, машина Тьюринга не сложна. Напротив, одним из наиболее важных его качеств является простота эксплуатации. Он просто использует символические представления на ленте, которые следуют за различными процессами. Однако то, что это просто, не означает, что это бесполезно. Все совсем наоборот.
Машина Тьюринга принимает все виды алгоритмического кода с разных компьютеров. В этом смысле он плавно имитирует логику поведения компьютера.
Свое название эта машина получила от своего изобретателя Алана Тьюринга английского происхождения. Этот персонаж выделялся в течение своей жизни в разных сферах. Он преуспел прежде всего как логический гений. Фактически, исходя из вышесказанного, машина изначально называлась «логической вычислительной машиной».
Машина Тьюринга представляет собой один из наиболее важных вкладов в историю вычислений.
История создания машины Тьюринга
К 19 веку математика приобрела актуальность во многих областях. Однако официально это еще не было обнародовано. Большинство экспертов по предмету усердно работали, чтобы создать эту область исследований.
Речь шла о реализации гипотезы о группе символов и методов , реализацией которых будет заниматься машина.
Алан Тьюринг представил свою инициативу по созданию машины Тьюринга в 1936 году . Именно это и произошло при презентации его исследования «О вычислимых числах с применением к проблеме Entscheidungs» . Публикация того же года проанализировала подход Дэвида Гильберта к разрешимости математики.
Другими словами, подход заключался в подтверждении существования фиксированной процедуры, применимой к любому математическому ответу , и что это, в свою очередь, подтверждает, верен ли указанный результат или нет. На основе вышеизложенного Алан Тьюринг разработал машину Тьюринга, подтвердив, что некоторые машины могут решать различные алгоритмы.
До сих пор Тьюринг оставил важное наследие. Хотя его работа не сосредоточена на физическом представлении, нельзя отрицать ее актуальность для современного компьютерного дизайна. При этом, когда мы наблюдаем за поведением компьютера, мы сталкиваемся с машиной Тьюринга.
Как устроена машина Тьюринга?
Машина Тьюринга имеет неограниченное количество лент, разделенных на секции управления, которые функционируют как устройства хранения. Кроме того, у него есть головка, которая считывает и записывает коды на ленту. С другой стороны, эта же часть отвечает за перемещение ленты из одного места в другое.
Он также включает в себя запись проверки работоспособности и сокращенную таблицу процессов. Последний также известен как таблица действий. Как мы упоминали ранее, машина Тьюринга работает автоматически . Поэтому для расшифровки различных типов алгоритмов используется иерархия Хомского.
- Лента : эта лента разделена на секции, каждая из которых расположена относительно другой. Все клетки имеют символы ограниченного праймера. Праймер, в свою очередь, имеет особый символ, называемый «В». Кроме того, он включает в себя другие дополнительные символы. Лента вытягивается в любом направлении (влево или вправо) настолько, насколько это необходимо для вашей работы.
- Голова . Эта часть машины Тьюринга считывает и генерирует коды на ленте. Кроме того, он отвечает за перемещение ленты в соответствующем направлении. В зависимости от модели головы она может двигаться. Если да, то полоса зафиксирована.
- Сохранение статуса . Как следует из названия, вам необходимо сохранить статус устройства. Имеется в виду ограниченное состояние. Кроме того, существует определенное начальное состояние, с которого регистр начинает работать. Алан Тьюринг утверждает, что каждое из состояний заменяет «психическое состояние», когда человек выполняет определенную математическую операцию.
- Таблица инструкций . По сути, она отвечает за все подсказки машины Тьюринга. То есть он указывает, что устройство должно работать в данный момент. Например, переместите голову, напишите символ или удалите его и т. д.
Как работает машина Тьюринга?
Машина Тьюринга выполняет три основные задачи , когда голова помещается на ленту. Это устройство считывает символ, расположенный в данной ячейке, меняет значение символа, находящегося в ячейке, или перемещает полоску вправо или влево для расшифровки и замены соседней ячейки.
Кроме того, каждое из значений может иметь связанную задачу. То есть, если, например, считанный символ соответствует цифре 1, машина Тьюринга записывает 0 и сдвигает полоску вправо. Однако, если считанный символ равен 0, машина записывает число 1.
Эта задача, которую выполняет машина Тьюринга, называется инверсией. Тогда на кону стоят двоичные значения . Таким образом, машина Тьюринга запрограммирована на выполнение определенных задач, которые расшифровывают очень сложные алгоритмы. Центральным объектом этого устройства являются числа, которые вычисляются с помощью математических операций.
Для чего используется машина Тьюринга?
Фактически, машина Тьюринга на протяжении всей своей истории использовалась бесчисленное множество раз. И, что немаловажно, это революционное изобретение, изменившее наш взгляд на математику и ее интерпретацию. Раньше он использовался, например, как генератор языка .
Однако на данном этапе можно обсудить множество приложений. Некоторые из наиболее важных:
- Теория вычислений . Эта теория является частью изучения информатики и математики. Его основная цель — анализ основных качеств и ограничений компьютеров. В частности, эта теория пытается найти математические процедуры, допускающие возможность вычисления и классификации операции по уровню ее сложности.
- Машина-оракул : это тип машины Тьюринга, в которой есть оракул, который отвечает на вопросы, связанные с определенной числовой символикой.
Какие типы машин Тьюринга существуют?
Существует несколько типов машин Тьюринга. Каждый из них родился с целью упростить реализацию алгоритмических задач. Ниже описаны пять типов:
- Машина Тьюринга с директивой остановки . Эта машина имеет неограниченную полосу движения, движущуюся в одном направлении. Обычно полоса движется вправо. Движение влево отключено.
- Двунаправленная машина Тьюринга . Если машина Тьюринга имеет неограниченное количество лент, она может работать как двунаправленная машина, но с двумя дорожками. В этом случае информация располагается на основе расположения полос, если это применимо.
- Многоленточная машина Тьюринга . Как следует из названия, она имеет несколько лент. Его особенность в том, что у каждого из них есть своя голова. Таким образом, каждая из этих частей работает независимо. С другой стороны, не обязательно, чтобы они двигались в одном направлении или одновременно.
- Многомерная машина Тьюринга . В этом случае машинная полоса имеет несколько измерений. То есть двумерная полоса, которая движется вправо, влево, вверх и вниз. В зависимости от состояния машины и алгоритма расшифровки состояние изменяется.
- Недетерминированная машина Тьюринга : можно моделировать детерминированную машину с помощью недетерминированной машины и наоборот. В случае детерминированного, он основан на том, что для символа полосы и текущего состояния состоит из ограниченного числа чисел на выбор.
В чем преимущества машины Тьюринга?
Одним из наиболее важных преимуществ этого типа машины по сравнению с другими является то, что ее язык довольно обширен. С другой стороны, алгоритм можно авторизовать или отклонить без необходимости его полного перечитывания. Операции в любом случае вычисляются при работе с машиной Тьюринга. Более того, его кодировка разрешима .
Эти машины перечисляют или перечисляют язык. С другой стороны, автономия, которую они имеют, не сравнима ни с какой другой. Последнее позволяет ему переключаться между разными состояниями. Нет необходимости суммировать логические уравнения, поскольку память достаточно большая.