停机问题

✍ dations ◷ 2025-07-19 04:59:44 #数理逻辑,计算理论,递归论,数学问题

停机问题(英语:halting problem)是逻辑数学中可计算性理论的一个问题。通俗地说,停机问题就是判断任意一个程序是否能在有限的时间之内结束运行的问题。该问题等价于如下的判定问题:是否存在一个程序P,对于任意输入的程序w,能够判断w会在有限时间内结束或者死循环。

艾伦·图灵在1936年用对角论证法证明了,不存在解决停机问题的通用算法。这个证明的关键在于对计算机和程序的数学定义,这被称为图灵机。停机问题在图灵机上是不可判定问题。这是最早提出的决定性问题之一。

用数学语言描述,则其本质问题为: 给定一个图灵机T,和一个任意语言集合S,是否T会最终停机于每一个 s S {\displaystyle s\in S} 。其意义相同于可确定语言。显然任意有限 S 是可判定性的,可数的(countable)S 也是可停机的。

停机问题包含了自我指涉,本质是一阶逻辑的不完备性,类似的命题有理发师悖论、全能悖论等。

假设停机问题有解,即:存在过程H(P, I)可以判断对于程序P在输入I的情况下是否可停机。假设P在输入I时可停机,H输出“停机”,反之输出“死循环”,即可导出矛盾:

显然,程序本身也是一种数据,因此它可以作为输入(例如Pascal的编译器本身就可以用Pascal所写成,所以程序在自己身上运行自己也是合理的),故H应该可以判定当将P作为P的输入时,P是否会停机。然后我们定义一个过程U(P),其流程如下:

伪代码及其注释表示如下:

int H(procedure,Input); // 这里的H函数有两种返回值,死循环(1) 或 停机(0)int U(P){    if (H(P,P) == 1){ // 如果H死循环        return 0; // 此时会停机    }else{ // 否則        while(1){} // 此时会死循环,而這是個空迴圈    }}

上面把H(P, P)包装在U(P)内,也就是用U()来模拟H()。H()的输出可能出现两种状况:

因此,H不是总能给出正确答案,故前述的假设不成立,不存在解决停机问题的方法。

理发师悖论:村子里有个理发师,这个理发师有条原则是,对于村子里所有人,当且仅当这个人不自己刮胡子,理发师就给这个人刮胡子。如果这个人自己刮胡子,理发师就不给这个人刮胡子。无法回答的问题是,理发师给自己刮胡子么?

停机测试悖论:计算机里面有个测试程序,这个测试程序的原则是,对于计算机里所有程序,当且仅当这个程序不递归调用自己(输出停机),测试程序就调用它(对应不停机)。如果这个程序递归调用自己(对应不停机),测试程序就不调用它(对应停机)。无法回答的问题是,测试程序递归调用自己么?

相关

  • 肌腱腱(或称肌腱)是一坚韧的结缔组织带,通常将肌肉连接到骨骼,并可承受张力。腱类似韧带和筋膜,都是由胶原蛋白组成;不过,韧带是连接骨骼,而筋膜则连接肌肉。肌腱与肌肉一起作用产生动作
  • 格哈德·里希特葛哈·李希特(德语:Gerhard Richter 德语:.mw-parser-output .IPA{font-family:"Charis SIL","Doulos SIL","Linux Libertine","Segoe UI","Lucida Sans Unicode","Code2000","
  • 泰山坐标:25°03′32″N 121°25′51″E / 25.058864°N 121.4308111°E / 25.058864; 121.4308111泰山区位于台湾新北市西边的市辖区,前身为台北县泰山乡,属于台北都会区的卫星城
  • 辑安集安市是吉林省通化市下辖的一个县级市,位于吉林省东南部的长白山脚下,与朝鲜满浦隔鸭绿江相邻,是中国对朝鲜三大边境口岸之一。集安曾是古代高句丽王国的都城所在地。集安地处
  • 2013年捷克总统选举2013年捷克总统选举于2013年1月11日至12日进行首轮投票,是捷克历史上首次总统直选。在首轮投票中没有任何一位候选人赢得过半数选票,因此首轮得票最多的米洛什·泽曼和来自传
  • 巴伐利亚州动物标本收集研究所巴伐利亚州动物标本收集研究所(Die Zoologische Staatssammlung München缩写为ZSM)是德国主要的动物分类学研究所。该研究所收集了超过2000万份来自世界各地的动物标本,是近20
  • 刘官芳刘官芳(?-1864年),清广西武宣人,金田起义出身,与赖文鸿(捻军酋“遵王”赖文光之兄)、“奉王”古隆贤为太平天国“皖南三支撑”(三人共同著名战功:祁门之围,金坛之守);刘初为广西天地会首领
  • 前田光繁前田光繁(1916年9月25日-),又名杉本一夫,出生于日本京都,曾加入八路军,是八路军中的第一个日本士兵。曾创建“日本士兵觉醒联盟”。 参考文献:
  • 安妮·里维尔安妮·里维尔(英语:Anne Revere,1903年6月25日-1990年12月18日)是美国演员,她曾获得奥斯卡最佳女配角奖。安妮·里维尔是保罗·里维尔的后代。
  • 弗朗西斯·帕克·约基弗朗西斯·帕克·约基(英语:Francis Parker Yockey;1917年9月18日-1960年6月16日)是美国的律师、政治哲学家及论战家,以在1948年用笔名“尤利克·瓦兰奇”(Ulick Varange)出版的新