Computer science 什么';图灵机器是什么?

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什么是图灵机器?为什么人们总是提到它?我的IBM PC是我做计算所需要的全部!为什么有人关心这些机器?

图灵机器是一种能够计算的抽象机器

来自维基百科:

图灵机是一种基本的抽象符号操作设备,尽管简单,但可以用来模拟任何计算机算法的逻辑。阿兰·图灵在1936年描述了它们。图灵机不是一种实用的计算技术,而是一种关于机械计算极限的思想实验。因此,它们不是实际建造的。研究它们的抽象性质可以对计算机科学和复杂性理论产生许多见解

能够模拟任何其他图灵机的图灵机称为通用图灵机(UTM,或简称通用机)。阿隆佐·丘奇(Alonzo Church)引入了一个更为数学化的定义,具有类似的“普遍”性质,他的lambda微积分工作与图灵的计算理论(称为丘奇·图灵论文)交织在一起。论文指出,图灵机确实捕捉了逻辑和数学中有效方法的非正式概念,并提供了算法或“机械过程”的精确定义


图灵机器是艾伦·图灵发明的一种理论计算机器,作为数学计算的理想模型,基本上是一种简单的计算机形式,由一条磁带(一条纸带)组成,有一个头部,可以读取符号,在适当的位置写入新符号,然后向左或向右移动

图灵机被称为处于某种状态,然后一个程序是一个转换列表,在磁头下有一个当前状态和一个符号,应该在磁带上写什么,下一个状态是什么,磁头应该移动到哪里

下面是一个用JavaScript实现的

还有一张草图:


图灵机是一种抽象机器,它可以对一系列数据进行操作,并且可以根据某种逻辑在操作时改变自身的状态以及数据

这是一个形成算法、存储程序和一般计算基础的概念。如果您正在处理算法、状态、数据等,它提供了良好的洞察力和抽象


对于大多数人来说,这是思想的食粮。

图灵机器之所以是一个大问题,与经典计算科学或计算类型理论的研究有关。它基本上是关于分析计算机的一般属性,例如计算机的理论能力和局限性,以及我们在谈论“计算”时的含义

使用图灵机可以研究的一个例子是。虽然这个问题在某种程度上是一个学术问题,但它很容易在现实世界中产生切实的影响。为什么不编写一个调试器来简单地告诉您程序是否包含无限循环?停顿问题确定了在一般情况下解决这个问题是不可能的

对图灵机的研究也有助于研究语言语法及其类,从而导致编程语言的发展。“正则表达式”一词的出现是因为它们是一个复杂的系统,而对这些语法(计算理论的一部分)的研究将告诉你更多关于正则表达式能解决什么样的问题和不能解决什么样的问题。例如,传统的正则表达式语法将无法解决以下问题:解析输入中的一些N个“a”字符,然后解析相同数量的N个字符“b”


如果你对一篇关于这类事情的好文章感兴趣,请查看MichaelSipser。这很好。

为什么设计飞机的人会关心莱特兄弟,或者让固定翼飞机飞行的“升力”背后的科学

艾伦·图灵被誉为现代计算之父。图灵机是所有现代计算机的前身


可计算性理论是我大学里最难的一门课,但我很高兴我上了。它让我思考我永远不会拥有的东西,或者以我永远不会拥有的方式思考事情,这些都是好东西。

图灵机器是一种理论机器,可以用来对计算机的局限性进行推理。简言之,它是一台具有无限内存的虚拟计算机


我们关心图灵机,因为它们帮助我们发现用真正的计算机(如IBM PC)无法完成的事情。如果一台图灵机不可能执行特定的计算(如决定时间),那么您的IBM PC也不可能执行相同的计算是理所当然的。

实际上,自然界中有一些图灵机的例子。具体来说,核糖体,将RNA翻译成蛋白质,实现了图灵机器

首先,一些背景:

  • RNA是由一串 核苷酸(“碱基”),定义 基因字母表中的字母
  • RNA中有4个碱基 字母表-A、C、G、U
  • 基地是定向的:通过 约定的目的称为 五素数和三素数(5',3')
  • RNA串中的一个碱基可以在“反平行互补”模式下吸引另一个RNA串上的碱基 成对”,其中A粘在U上,C粘在G上
  • 这些碱基被组合成一组 3形成“密码子”(单词)
  • 有64种可能的组合 对于密码子(4^3)
  • 每个密码子可以匹配一个“反密码子”。例如UAC
  • 有特殊的载体分子 (“tRNA”)具有特定的 反密码子和 特定氨基酸(蛋白质)
  • 核糖体的操作很简单:

  • 转录从“开始”开始 密码子”,它定义了“阅读” 框架“
  • 抄本