turing machine 圖靈機

Outline 圖靈機的意義 圖靈機概述 圖靈機的基本思想 圖靈機的組成 圖靈機的計算思想 圖靈機的意義 圖靈機模型理論是計算科學(xué)最核心的理論之一 圖靈機模型為計算機設(shè)計指明了方向 圖靈機模型是算法分析和程序語言設(shè)計的基礎(chǔ)理論 圖靈機概述 所謂的圖靈機就是指一個抽象的機器，它有一條無限長的紙帶，紙帶分成了一個一個的小方格，每個方格有不同的顏色。有一個機器頭在紙帶上移來移去。機器頭有一組內(nèi)部狀態(tài)，還有一些固定的程序。在每個時刻，機器頭都要從當前紙帶上讀入一個方格信息，然后結(jié)合自己的內(nèi)部狀態(tài)查找程序表，根據(jù)程序輸出信息到紙帶方格上，并轉(zhuǎn)換自己的內(nèi)部狀態(tài)，然后進行移動。 圖靈機的基本思想 用機器來模擬人們用紙筆進行數(shù)學(xué)運算的過程，該過程可分為如下兩個簡單動作： 在紙上寫上或擦除某個符號 把注意力從紙的一個位置移動到另一個位置 而在每個階段，人要決定下一步的動作，依賴于： 此人當前所關(guān)注的紙上某個位置的符號 此人當前思維的狀態(tài)。 … －2 －1 0 1 2 3 … 狀態(tài)控制器 讀寫頭 圖靈機的組成 一個確定型單帶圖靈機由以下四個部分組成(見上頁圖)： ·無限長的帶子 TAPE，帶子劃成小格， 格子標記 … , －3，－2，－1，0，1，2, 3，… ·讀寫頭HEAD ·控制規(guī)則表TABLE ·狀態(tài)存儲器 圖靈機的組成-TAPE 紙帶被劃分為一個接一個的小格子，每個格子上包含一個來自有限字母表的符號，字母表中有一個特殊的符號 表示空白。紙帶上的格子從左到右依此被編號為 0, 1, 2, ... ，紙帶的右端可以無限伸展。 圖靈機的組成-HEAD 讀寫頭可以在紙帶上左右移動，它能讀出當前所指的格子上的符號，并能改變當前格子上的符號。 等效于人腦當前所關(guān)注的紙上某個位置的符號 圖靈機的組成-TABLE 控制規(guī)則表可以根據(jù)當前機器所處的狀態(tài)以及當前讀寫頭所指的格子上的符號來確定讀寫頭下一步的動作，并改變狀態(tài)寄存器的值，令機器進入一個新的狀態(tài)。等效于人腦的知識。 圖靈機的組成-狀態(tài)存儲器 保存圖靈機當前所處的狀態(tài)。等效于人腦當前思維的狀態(tài)。圖靈機的所有可能狀態(tài)的數(shù)目是有限的，并且有一個特殊的狀態(tài)，稱為停機狀態(tài)。 圖靈機計算思想 程序也是數(shù)據(jù) 圖靈機的功能根據(jù)輸入編碼的不同而變化 存儲程序和程序控制：圖靈機可以將程序先保存到存儲帶上，圖靈機按照程序一步一步運行直到給出結(jié)果，結(jié)果也保存到存儲帶上。 圖靈機計算思想 計算機系統(tǒng)應(yīng)該有： 存儲器(相當于存儲帶) 中央處理器(控制器及其狀態(tài)) 為了能夠?qū)?shù)據(jù)保存到存儲器并將計算結(jié)果從存儲器送出來展示給用戶，計算機系統(tǒng)還應(yīng)該有輸入設(shè)備和輸出設(shè)備如鍵盤、鼠標、顯示器和打印機等。 謝謝！

總結(jié)

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