停机问题学习笔记

Turing Machine
Turing Machine

前段时间看到 Scott H Young 那篇介绍费曼技巧 [1] 的文章,一下想到了程序员界流传甚广的小黄鸭调试法(Rubber Duck Debugging) [2] 。几天前晚上散步的时候,聊天儿时提起了罗素悖论,让我联想到图灵对停机问题精妙的解法。想拿这个试试费曼技巧,讲到一半发现卡壳了,自己把自己绕了进去。我想到刘未鹏说过的那种状态,学习一个算法,初看觉得太牛逼了,然后花十分钟理解了人家花了十年才想出的成果,再花十天完全忘记,只能想起那个算法十分精妙,该不会的还是不会。所以应该由本溯源地学习数学和算法,并且写一个博客记录下学习的过程。于是这篇就作为费曼技巧和写作学习实践的第一篇。

在计算机科学领域,最广为人知的问题是关于 P 与 NP 问题的讨论,但不论 P 还是 NP,它们只是对解决问题效率的讨论。其实还有一类问题,它们难到计算机永远无法解出,这类问题被称作不可判定问题(Undecidable Problem) [3] ,其中一个可能是最有名的问题就是停机问题。

停机问题提出了这样的疑问:是否存在一个程序,可以判定任何一个程序是否会停止。

要解决这个问题,我们先假设存在一个程序满足上述条件,比如:

int yourBrilliantProgram(char * program, inputType  input){
    if (program(input) stops)
        return 1;
    else //It loops forever
        return 0;
}

其中,第一个 if 语句中的判断是人类智慧的结晶,它用了神奇的方法得知了 program(input) 是否停止。

接着我们就要进行破坏了,再来考虑这样一个程序:

int myDisgustingProgram(char * program){
    if (yourBrilliantProgram(program, program)){
        while(1);
        return 0; //Never reaches here
    }
    else
        return 1;
}

我的程序专门跟你作对,如果你说这个程序可以正常退出,那么我就作一个死循环;你说它是死循环的,我就正常退出给你返回一个true

So far so good.

最精彩的地方来了,考虑 yourBrilliantProgram(myDisgustingProgram, myDisgustingProgram) 的返回值。这里有点绕,我们一步一步跟踪。

首先,进入 yourBrilliantProgram 的第一个判断语句,这里执行 myDisgustingProgram(myDisgustingProgram) ,进入 if(yourBrilliantProgram(myDisgustingProgram, myDisgustingProgram)) 这一句。这里可能出现两个结果:

  • 返回 1,说明 myDisgustingProgram(myDisgustingProgram) 正常退出,那么当前程序进入死循环,此时上一层的 yourBrilliantProgram() 应该检测到这个死循环,并返回 0,说明 myDisgustingProgram(myDisgustingProgram) 是个死循环。矛盾。
  • 返回 0,说明 myDisgustingProgram(myDisgustingProgram) 死循环,那么当前程序返回 1 并且正常退出,又证明 myDisgustingProgram(myDisgustingProgram) 不是死循环。矛盾。

也就证明,根本不存在这样的程序可以判定任何一个程序是否停止。

参考资料

  1. Scott H Young 如何在十天内掌握线性代数
  2. 小黄鸭调试法
  3. 不可判定问题列表
最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 211,123评论 6 490
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,031评论 2 384
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 156,723评论 0 345
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,357评论 1 283
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 65,412评论 5 384
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,760评论 1 289
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,904评论 3 405
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,672评论 0 266
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,118评论 1 303
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,456评论 2 325
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,599评论 1 340
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,264评论 4 328
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,857评论 3 312
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,731评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,956评论 1 264
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,286评论 2 360
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,465评论 2 348

推荐阅读更多精彩内容