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。