РАЗРАБОТКА ПРИЛОЖЕНИЯ «МАШИНА ТЬЮРИНГА»

Бушков Андрей Андреевич
Уфимский университет науки и технологий, Нефтекамский филиал
Факультет экономико-математический студент 5 курса

Аннотация
Данная аннотация обсуждает актуальность темы "Машина Тьюринга" в современном информационном обществе. Абстрактная модель, предложенная Аланом Тьюрингом, продолжает оставаться фундаментальным элементом в теоретической компьютерной науке, обеспечивая основу для разработки алгоритмов, изучения вычислительной сложности и развития искусственного интеллекта. В аннотации рассматриваются ключевые аспекты, такие как теория вычислений, использование в алгоритмах и машинном обучении, а также этические и философские вопросы, которые продолжают подниматься в контексте автоматизации и искусственного разума. Тема "Машина Тьюринга" остается важным фокусом исследований, объединяя теоретические аспекты с практическими применениями в различных областях науки и технологий.

Ключевые слова:


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Бушков А.А. Разработка приложения «Машина Тьюринга» // Современные научные исследования и инновации. 2023. № 11 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2023/11/101015 (дата обращения: 01.05.2025).

Научный руководитель:
Вильданов Алмаз Нафкатович, к.ф.-м.н.
Уфимский университет науки и технологий, Нефтекамский филиал

Машина Тьюринга — это абстрактная вычислительная машина, мысленный эксперимент для решения проблемы математической логики. Она состоит из трёх элементов:

  • бесконечной ленты с ячейками;
  • автомата или головки для чтения и записи;
  • программы.

Машина работает следующим образом: головка может прочитать содержимое конкретной ячейки, стереть, перезаписать и/или передвинуться на ячейку влево или вправо и повторить считывание/запись.

Действия головки определяются программой. Она записывается в виде таблицы, где есть внешний и внутренний алфавиты и таблица переходов между ними. Внешний алфавит — это конечное множество, элементы которого называются буквами или символами. Внутренний алфавит — это конечное множество состояний головки. Таблица переходов описывает поведение головки. Команда, которую должна выполнить головка, определяется пересечением внешнего и внутреннего алфавитов в таблице (рисунок 1):

Рисунок 1. Лента

На рисунке 1 изображена лента, входная информация (11В) расположена так, что в каждой клетке по одному символу. До и после неё — нулевые ячейки. Исходное состояние головки — q1. Это состояние запускает работу машины. Головка может сдвинуться влево и вместо 0 записать цифру или букву. Также она может сдвинуться вправо и перезаписать 1 другой цифрой или буквой. Или передвинуться ещё на ячейку влево/вправо без перезаписи.

Так создаем проект windows form и добавляем необходимые компоненты (рисунок 2).


Рисунок 2. Интерфейс Машины Тьюринга

Компонент отвечающий за меню menuStrip (рисунок 3).


Рисунок 3. Меню приложения

Бесконечная лента, состоящая из ячеек в которой можно в которые можно записывать символы из заданного алфавита, а также считывать их. Если на ленте ничего не записано, то считается, что там записан специальный символ «_». Данный символ дополняет алфавит, но не входит в него явным образом (рисунок 4).


Рисунок 4. Бесконечная лента

Обычно на ленту в начале работы помещают входное слово. В процессе работы машины Тьюринга содержимое ленты модифицируется устройством управления и в результате на ленте остаётся выходное слово.

В каждой машине Тьюринга есть специальная головка, указывающая на одну определённую ячейку на ленте. Данное устройство позволяет считывать символ с ячейки, над которой находится, или записывать символ в эту ячейку. Также головка может перемещаться влево и вправо на одну ячейку, или оставаться на месте.

Под устройством управления понимается таблица состояний и правил перехода для машины Тьюринга. Состоянием называется строка таблицы, в которой в данный момент находится машина. Состояние, в котором находится машина перед запуском называется начальным, обычно обозначается именем q0. Для завершения работы Машины Тьюринга используется специальное терминальное состояние, которое обозначается как !.

Таблица имеет размер |Q|x|A|, где |Q| — количество состояний, а |A| — размерность алфавита (включая символ λ). В первой (заголовочной) строке написаны символы алфавита. В каждой из ячеек таблицы, относящихся к строкам с состояниями, располагаются тройки <char, action, state>, определяющие действие машины, которое она должна сделать, если находится в данном состоянии и на ленте записан символ из заголовочной ячейки данного столбца:

  1. char — символ, который нужно записать на ленту
  2. action — действие, которое нужно совершить после записи (одно из трёх действий: L — сдвиг влево, N — остаться на месте, R — сдвиг вправо)
  3. state — состояние, в которое необходимо перейти

На рисунке 5 изображены поле для алфавита и таблица состояний:

Рисунок 5. Поле для ввода алфавита и таблица состояний

Машина Тьюринга представляет собой абстрактную модель, которая позволяет разработчикам и инженерам получить более глубокое понимание процессов обмена данными и эффективно анализировать их.


Библиографический список
  1. “On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem” (1936) by Alan Turing.
  2. “Introduction to the Theory of Computation” by Michael Sipser.
  3. “Computability and Logic” by George S. Boolos, John P. Burgess, and Richard C. Jeffrey.
  4. “The Annotated Turing: A Guided Tour Through Alan Turing’s Historic Paper on Computability and the Turing Machine” by Charles Petzold.
  5. “Automata and Computability” by Dexter C. Kozen.
  6. “Theory of Computation” by Elaine Rich.
  7. “Introduction to Automata Theory, Languages, and Computation” by John E. Hopcroft, Rajeev Motwani, and Jeffrey D. Ullman.


Все статьи автора «Бушков Андрей Андреевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: