萊斯定理(Rice's Theorem) 證明

每次看完一遍證明就只能理解十幾秒然後又不理解了

按照自己的理解方式嘗試寫下來一遍

Rice's Theorem: 對於非平凡的語言性質$P$, $P$是不可判定的。

注:$P$也可以理解爲一個語言的集合,或者說字符串的集合的集合

證明:

反證,如果$P$是可判定的,那麼存在圖靈機$M_P$來判定,這個圖靈機$M_P$接受一個圖靈機作爲輸入,判定其判定的語言是否屬於$P$

因爲語言$P$是非平凡的,所以存在$M_{inP}$,使得$M_{inP}$能夠判別的語言屬於$P$,我們隨便取一個這樣的$M_{inP}$

對於任意的圖靈機$M$,我們構造圖靈機$M_2$,$M_2$接受參數$w$,首先會在$M$上運行$e$,而後在$M_{inP}$上運行$w$

可以看到,如果$M$接受$e$,那麼$M_2$的作用等同於$M_{inP}$;如果$M$拒絕了$e$,那麼$M_2$什麼也不接受

我們把$M_2$作爲參數輸入$M_P$,$M_P$會判定$M_2$判定的語言是否屬於$P$

如上面所說的,如果$M$接受了$e$當且僅當$M_P$會接受$M_2$      ...(1)

所以對於任意的$M$,我們只需要構造如上的$M_2$再交給$M_P$,就能知道$M$是否接受$e$了

這樣我們就得到了能夠判別任意圖靈機是否接受$e$的圖靈機,然而我們知道圖靈機是否接受$e$這個問題是不可判別的

矛盾產生了,所以反證的假設不成立,也就不存在$M_P$能夠判別圖靈機是否屬於$P$了

換言之,我們將$M_e$這個不可判定問題歸納到了這個問題上,得出這個問題也是不可判定的

 

上文中有一處...(1)標記,那裏爲了方便理解忽略了一些細節

對於一個什麼也不接受的圖靈機$M_{sb}$,如果它也屬於$P$,那麼標記處$M$不接受$e$時$M_2$等效於$M_{sb}$,它也會被$M_P$接受,就出錯了

爲了解決這個問題,我們只需要欽定$M_{sb}$不屬於$P$就好了,這並不會丟失一般性,如果屬於的話對補集再做一次就好了

(我沒對補集做過,但考試寫答案的時候說其餘情況對稱就夠了,懶得想)

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