Описание программы-эмулятора машины Тьюринга

Тренажёр «Машина Тьюринга» – это учебная модель универсального исполнителя (абстрактной вычислительной машины), предложенного в 1936 году А. Тьюрингом для уточнения понятия алгоритма. Согласно тезису Тьюринга, любой алгоритм может быть записан в виде программы для машины Тьюринга. Доказано, что машина Тьюринга по своим возможностям эквивалентна машине Поста и нормальным «алгорифмам» Маркова.

Рис. 14. Модель машины Тьюринга

Машина Тьюринга состоит из каретки (считывающей и записывающей головки) и бесконечной ленты, разбитой на ячейки. Каждая ячейка ленты может содержать символ из некоторого алфавита A={a₀,a₁,…,a_N}. Любой алфавит содержит символ «пробел», который обозначается как a₀ или Λ. При вводе команд пробел заменяется знаком подчеркивания «_».

Машина Тьюринга – это автомат, который управляется таблицей. Строки в таблице соответствуют символам выбранного алфавита A, а столбцы – состояниям автомата Q={q₀,q₁,…,q_M}. В начале работы машина Тьюринга находится в состоянии q₁. Состояние q₀ – это конечное состояние: попав в него, автомат заканчивает работу.

В каждой клетке таблицы, соответствующей некоторому символу a_i и некоторому состоянию q_j, находится команда, состоящая из трех частей:

1. символ из алфавита A;

2. направление перемещения: > (вправо), < (влево) или ● (на месте);

3. новое состояние автомата

В верхней части программы находится поле редактора, в которое можно ввести условие задачи в свободной форме.

Лента перемещается влево и вправо с помощью кнопок, расположенных слева и справа от нее. Двойным щелчком по ячейке ленты (или щелчком правой кнопкой мыши) можно изменить ее содержимое.

С помощью меню Лента можно запомнить состояние ленты во внутреннем буфере и восстановить ленту из буфера.

В поле Алфавит задаются символы выбранного алфавита. Пробел добавляется к введенным символам автоматически.

В таблице в нижней части окна набирается программа. В первом столбце записаны символы алфавита, он заполняется автоматически. В первой строке перечисляются все возможные состояния. Добавить и удалить столбцы таблицы (состояния) можно с помощью кнопок, расположенных над таблицей.

При вводе команды в ячейку таблицы сначала нужно ввести новый символ, затем направление перехода и номер состояния. Если символ пропущен, по умолчанию он не изменяется. Если пропущен номер состояния, по умолчанию состояние автомата не изменяется.

Справа в поле Комментарий можно вводить в произвольной форме комментарии к решению. Чаще всего там объясняют, что означает каждое состояние машины Тьюринга.

Программа может выполняться непрерывно (F9) или по шагам (F8). Команда, которая сейчас будет выполняться, подсвечивается зеленым фоном. Скорость выполнения регулируется с помощью меню Скорость.

Задачи для машины Тьюринга можно сохранять в файлах. Сохраняется условие задачи, алфавит, программа, комментарии и начальное состояние ленты. При загрузке задачи из файла и сохранении в файле состояние ленты автоматически записывается в буфер.

Содержание работы

Запустить программу-эмулятор машины Тьюринга. Ознакомиться с работой эмулятора и набором команд. Воспроизвести (не сохраняя в файл) предложенные выше примеры. По указанию преподавателя выбрать варианты из папки \..Example программы-эмулятора, а, также вариант из Приложения Ж. По завершении работы результаты сохранить в файл.