
【計】 Post correspondance problem
波斯特對應問題(Post Correspondence Problem,簡稱PCP)是計算理論中的一個經典問題,由美國數學家埃米爾·波斯特(Emil Post)于1946年提出。它屬于不可判定問題的範疇,即不存在一個通用的算法能夠在有限步驟内解決該問題的所有實例。
給定一個有限的字符串序列對(pairs of string sequences),每組包含兩個長度相同的字符串列表(通常稱為“多米諾骨牌”或“tiles”):
目标是判斷是否存在一個非空索引序列 $[i_1, i_2, dots, ik]$($k geq 1$),使得按該序列拼接列表A和列表B中的字符串後,生成的字符串完全相同: $$ a{i1} a{i2} dots a{ik} = b{i1} b{i2} dots b{i_k} $$
中文術語 | 英文術語 | 解釋 |
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波斯特對應問題 | Post Correspondence Problem | 判定字符串序列拼接是否相等的不可解問題 |
字符串序列對 | Pairs of string sequences | 包含兩組字符串的輸入實例 |
索引序列 | Index sequence | 選擇多米諾骨牌的序號組合 |
不可判定問題 | Undecidable problem | 無通用算法能解決所有實例的問題 |
圖靈機 | Turing Machine | 計算理論中模拟算法的抽象模型 |
PCP是圖靈機停機問題的簡化版本。通過将圖靈機計算過程編碼為字符串序列對,可證明若PCP可判定,則停機問題也可判定,與圖靈機理論矛盾。
該問題揭示了上下文無關文法(CFG)的某些性質不可判定,例如判斷兩個CFG是否生成相同語言(即語法等價性問題)。
假設輸入為兩組列表:
存在索引序列 $[2, 1]$,因為:
此時結果不等($aba eq baa$),故無解。
若修改為 $A = ["b", "ab"]$,$B = ["b", "ba"]$,則序列 $[1, 2]$ 滿足 $b cdot ab = bab = b cdot ba$。
Post Correspondence Problem(計算理論詞條)
Lecture Notes: Undecidability of PCP(課程編號6.045)
Michael Sipser 著,第5章詳細論證PCP的不可判定性。
波斯特對應問題(Post Correspondence Problem,簡稱PCP)是計算理論中的一個經典不可判定問題,由美國數學家埃米爾·波斯特于1946年提出。以下是其核心解釋:
問題定義
給定一個字母表$Sigma$(至少包含兩個字符)和一組“多米諾骨牌”集合$K$,每張骨牌由兩個非空字符串組成(上方字符串$x_i$和下方字符串$y_i$)。問題要求判斷是否存在一個有限序列$i_1, i_2, ..., in$,使得将對應骨牌的上方字符串按順序連接後與下方字符串連接結果完全相同,即:
$$x{i1}x{i2}...x{in} = y{i1}y{i2}...y{i_n}$$
示例說明
例如,若骨牌集合為:
不可判定性
該問題被證明是“不可判定的”,即不存在通用算法能對所有可能的輸入給出“是”或“否”的确定答案。這一特性使其成為計算複雜性理論中證明其他問題不可判定的重要工具。
應用領域
主要應用于形式語言理論、自動機理論以及密碼學中,例如用于證明上下文無關文法的某些擴展形式具有不可判定性。
擴展補充
雖然問題看似簡單,但其不可判定性揭示了計算能力的本質限制。實際中,即使對有限骨牌集合,判定過程也可能因指數級複雜度而不可行。更多詳細數學證明和變體問題可參考計算理論教材或專業文獻。
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