
【计】 Turing computable function
在计算理论中,图灵机可计算函数(Turing computable function)指所有能够通过抽象计算模型——图灵机(Turing machine)在有限步骤内完成计算的数学函数。这一概念由英国数学家艾伦·图灵于1936年提出,其核心思想是通过对“机械过程”的形式化定义,为可计算性理论奠定了数学基础。
从汉英对照角度,“图灵机”对应英文术语“Turing machine”,而“可计算函数”的英文表述为“computable function”。两者的结合“图灵机可计算函数”即指符合以下特征的一类函数:
数学上,一个函数$f: mathbb{N}^k to mathbb{N}$是图灵可计算的,当且仅当存在图灵机$M$满足:对任意输入$(x_1,x_2,...,x_k) in mathbb{N}^k$,若$f(x_1,...,x_k)=y$,则$M$从初始状态开始运行后,最终在带子上留下$y$的符号表示并停机。这一形式化定义被Church-Turing论题确立为现代计算机科学的基础范式(《The Annotated Turing》第七章)。
图灵机可计算函数是计算理论中的核心概念,其定义与图灵机模型密切相关。以下是综合多个权威来源的解释:
图灵机是阿兰·图灵于1936年提出的抽象计算模型,其核心思想是模拟人类用纸笔进行数学运算的过程。它由以下部分组成:
若存在一台图灵机,对任意输入值执行有限步骤后停机并输出正确结果,则该函数称为图灵机可计算函数。具体表现为:
图灵机可形式化为七元组:
$$M = {Q, Sigma, Gamma, delta, q0, q{accept}, q_{reject}}$$
其中:
图灵在1937年证明图灵机可计算函数与λ可定义函数、一般递归函数等价,由此形成丘奇-图灵论点:
所有算法可计算函数均可由图灵机实现。这一论点奠定了现代计算机的理论基础,表明图灵机模型具有通用计算能力。
例如计算自然数加法$f(x,y)=x+y$,可通过图灵机实现:
如需进一步了解图灵机具体构造或计算过程,可参考数学与计算理论相关教材。
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