リバーシブルチューリングターピット?


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この質問は、既知のリバーシブルチューリングターピットがあるかどうかに関するものです。「リバーシブル」とは、アクセルセンとグリュックの意味であり、「ターピット」は、はるかに非公式な概念です(そして、あまり適切な言葉ではないかもしれません)。しかし、私はそれが何を意味するかを説明するために最善を尽くします。

「ターピット」の意味

一部の計算モデルは、何らかの形で役立つように設計されています。他のものはたまたまチューリング完全であり、実際には特に有用なプロパティはありません。これらは「チューリングターピット」として知られています。例としては、Brainfuck言語、Rule 110セルオートマトン、およびBitwise Cyclic Tag言語(実装が非常に簡単で、バイナリ文字列が有効なプログラムであるため私が好きな言語)などがあります。

「チューリングターピット」の正式な定義はありませんが、この質問では、「少数の「ルール」を持つという点で)かなり単純なシステムを意味し、「起こる」だけでチューリングが完了し、その明白な意味を持つ内部状態。私の目的にとって最も重要な側面は、明確なセマンティクスの欠如ではなく、ルールの単純さです。基本的に私たちは、スティーブンウォルフラムがかつて非常に大きな本を書いたようなものについて話していますが、彼は「ターピット」という言葉を使用していませんでした。

「リバーシブル」の意味

可逆計算に興味があります。特に、AxelsenとGlückの意味でrチューリング完全な言語に興味があります。つまり、計算可能なすべての単射関数を計算でき、単射関数しか計算できません。現在、Axelsenの可逆ユニバーサルチューリングマシンや高水準の可逆言語Janusなど、この意味で可逆な計算のモデルが多数あります。(文献には他にも多くの例があります。それは活発な研究分野です。)

AxelsenとGlückによるr-Turingの完全性の定義は、ベネットによる通常のアプローチとは異なる可逆コンピューティングへのアプローチです。ベネットのアプローチでは、システムは計算の最後に捨てられる「ガベージデータ」を生成することができます。このような条件下では、可逆システムはチューリング完全である可能性があります。ただし、AxelsenとGlückのアプローチでは、システムがそのような「ジャンクデータ」を生成することが許可されていないため、計算できる問題のクラスが制限されます。(したがって、「Turing complete」ではなく「r-Turing complete」。)

注:AxelsenとGlückの論文はペイウォールの背後にあります。これは残念なことです-私の知る限りでは、r-Turingの完全性の問題に関して、現時点ではペイウォールされていないリソースはありません。時間があれば約束はありませんが、ウィキペディアのページを始めようと思います。

私が探しているもの

上記のリバーシブルコンピューティングの例は、すべて「意味論的に負荷がかかった」ものです。これは、ほとんどの状況では良いことですが、各タイムステップで状態を更新するために必要なルールがかなり複雑であることを意味します。リバーシブルコンピューティングの「ターピット」を探しています。つまり、完全な言語をr-Turingしているという「たまたま起こる」という非常に単純なルールを持つ多かれ少なかれ任意のシステムです。探しているものの正式な定義はないことを繰り返しますが、見たときにわかります。質問するのは合理的だと思います。

私が知っていることはほぼ法案にほぼ適合しますが、完全ではありません。チューリング完全であることが示されているいくつかの可逆セルオートマトンがあります。 ラングトンのアリ(かなり恣意的で非常に単純な可逆状態遷移関数を備えた一種の2次元チューリングマシン)も、その初期条件に無限の繰り返しパターンを含めることが許可されている限り、チューリング完了です。ただし、これらのシステムでは、ジャンクデータが破棄されないように状態から「出力」へのマッピングを定義することは簡単ではありません。私は特に、入力を受け取り、それに対して(可逆)変換のシーケンスを実行し、(終了する場合)出力を返すと考えられるシステムに特に興味があります。

(この質問が、ラムダ計算と同等のリバーシブルについて、以前の関連する質問よりも簡単に答えられることを願ってます。)


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この質問にタグを付ける方法がわかりません。リバーシブルコンピューティングタグがあればそれでいいのですが、作成する担当者がいません。
Nathaniel

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Fx(x,f(x))は可逆関数です。モデルにすべての可逆計算可能関数が含まれている場合、モデルにはすべての計算可能関数が含まれるため、本質的にチューリング完全である必要があります。完全に可逆なものの場合、人工モデルは、TMを後処理と組み合わせて、複数の入力に対して値が出力されないことを確認しますが、部分的に計算可能な1-1関数はすべて提供されません。f
Kaveh 2014

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ここで自由になるために戦っているまともな質問があるかもしれません。最後のコメントであなたが述べた質問文は、投稿された質問のどこにも現れません。質問は、コメントではなく投稿で「ターリングターピット」の定義を試みた場合にのみ回答できます(「r-Turing complete」の
定義に

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私はあなたの投稿からあなたの質問の核心を得るのが少し難しいというvznに同意します。「リバーシブルコンピューティングの「ターピット」を探しています」という文章のようですが、あまり明確ではありません。いくつかの書式設定(この文を太字にするだけでも)はおそらく役立つでしょう。
usul 2014

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@vzn正直に言って、批判を続ける前に質問を適切に読むことをお勧めします。セルオートマトンのトピックはすでに本文で説明されています。
Nathaniel

回答:


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"r-complete"は、AxelsenとGlück〜2011によって発明された比較的新しい概念のようです。おそらく他の作者はあまり考慮しておらず、チューリング完全とは異なる証拠があるかどうか疑問に思います。

基本的に尋ねるこの冗長で遠回りの質問をしています:

  • シンプルなチューリング完全なシステム
  • 可逆

チューリング完全可逆セルオートマトンを試してみてください。例:

  • 2状態、可逆、ユニバーサルセルラーオートマトン、3次元 Miller / Fredkin

    小説の2つの状態、可逆セルオートマトン(RCA)について説明します。この3次元RCAは、普遍的な計算が可能であることが示されています。さらに、このRCAは普遍的な構成が可能であるという証拠が提供されています。

  • K.イマイとK.モリタ、計算ユニバーサル2次元8状態三角形可逆セルオートマトン、 Theoretical Computer Science 231(2000)、no。2、181–191。

    要約:可逆セルオートマトン(RCA)は、セルラーオートマトン(CA)であり、そのグローバル機能は単射であり、すべての構成に最大で1つの先行機能があります。Margolusは、計算普遍的な2次元2ステートRCAがあることを示しました。しかし、彼のRCAは不均一なネイバーを持っているため、森田と上野は、パーティションセルラーオートマトン(PCA)を使用した16状態の計算ユニバーサルRCAを提案しました。PCAは標準のCAのサブクラスと見なすことができるため、それらのモデルには標準の近傍があります。本論文では、森田モデルと上野モデルの状態数を削減できることを示す。等方性とビット保持特性を保持するモデルから状態の数を減らすために、三角形の3隣接を使用したため、8状態のRCAが可能になります。これは、PCAの枠組みの中で等方性の条件下における最小の状態の2次元RCAです。私たちのモデルは、ユニットワイヤ、遅延要素、交差ワイヤ、スイッチゲート、逆スイッチゲートなどの基本的な回路要素をシミュレーションでき、これらの要素を組み合わせることでフレドキンゲートを構築できることを示しています。Fredkinゲートはユニバーサルロジックゲートとして知られているため、このモデルには計算の汎用性があります。

これは、このCAの調査で参照として発見されたものであり、調査に他の役立つリードがある可能性があります(たとえば、セクション7、可逆性と普遍性を参照)。(17 pgs&86 refsで、タイトルは皮肉にまとわりついています。)

セルラーオートマタA(調査の大学Ollinger


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70年代に遡るリバーシブルCAに関する作業は承知していますが、「チューリング完全であることが示されているリバーシブルセルオートマトンがいくつかあります...しかし、これらのシステムでは、定義するのは簡単ではありません。ジャンクデータが破棄されないような方法で、状態から「出力」にマッピングします。特に、入力を受け取り、それに一連の(可逆)変換を実行すると見なすことができるシステムに興味があります。その後(終了した場合)、何らかの出力を返します。」
Nathaniel
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