
【计】 Post correspondance problem
波斯特对应问题(Post Correspondence Problem,简称PCP)是计算理论中的一个经典问题,由美国数学家埃米尔·波斯特(Emil Post)于1946年提出。它属于不可判定问题的范畴,即不存在一个通用的算法能够在有限步骤内解决该问题的所有实例。
给定一个有限的字符串序列对(pairs of string sequences),每组包含两个长度相同的字符串列表(通常称为“多米诺骨牌”或“tiles”):
目标是判断是否存在一个非空索引序列 $[i_1, i_2, dots, ik]$($k geq 1$),使得按该序列拼接列表A和列表B中的字符串后,生成的字符串完全相同: $$ a{i1} a{i2} dots a{ik} = b{i1} b{i2} dots b{i_k} $$
中文术语 | 英文术语 | 解释 |
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波斯特对应问题 | Post Correspondence Problem | 判定字符串序列拼接是否相等的不可解问题 |
字符串序列对 | Pairs of string sequences | 包含两组字符串的输入实例 |
索引序列 | Index sequence | 选择多米诺骨牌的序号组合 |
不可判定问题 | Undecidable problem | 无通用算法能解决所有实例的问题 |
图灵机 | Turing Machine | 计算理论中模拟算法的抽象模型 |
PCP是图灵机停机问题的简化版本。通过将图灵机计算过程编码为字符串序列对,可证明若PCP可判定,则停机问题也可判定,与图灵机理论矛盾。
该问题揭示了上下文无关文法(CFG)的某些性质不可判定,例如判断两个CFG是否生成相同语言(即语法等价性问题)。
假设输入为两组列表:
存在索引序列 $[2, 1]$,因为:
此时结果不等($aba eq baa$),故无解。
若修改为 $A = ["b", "ab"]$,$B = ["b", "ba"]$,则序列 $[1, 2]$ 满足 $b cdot ab = bab = b cdot ba$。
Post Correspondence Problem(计算理论词条)
Lecture Notes: Undecidability of PCP(课程编号6.045)
Michael Sipser 著,第5章详细论证PCP的不可判定性。
波斯特对应问题(Post Correspondence Problem,简称PCP)是计算理论中的一个经典不可判定问题,由美国数学家埃米尔·波斯特于1946年提出。以下是其核心解释:
问题定义
给定一个字母表$Sigma$(至少包含两个字符)和一组“多米诺骨牌”集合$K$,每张骨牌由两个非空字符串组成(上方字符串$x_i$和下方字符串$y_i$)。问题要求判断是否存在一个有限序列$i_1, i_2, ..., in$,使得将对应骨牌的上方字符串按顺序连接后与下方字符串连接结果完全相同,即:
$$x{i1}x{i2}...x{in} = y{i1}y{i2}...y{i_n}$$
示例说明
例如,若骨牌集合为:
不可判定性
该问题被证明是“不可判定的”,即不存在通用算法能对所有可能的输入给出“是”或“否”的确定答案。这一特性使其成为计算复杂性理论中证明其他问题不可判定的重要工具。
应用领域
主要应用于形式语言理论、自动机理论以及密码学中,例如用于证明上下文无关文法的某些扩展形式具有不可判定性。
扩展补充
虽然问题看似简单,但其不可判定性揭示了计算能力的本质限制。实际中,即使对有限骨牌集合,判定过程也可能因指数级复杂度而不可行。更多详细数学证明和变体问题可参考计算理论教材或专业文献。
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