Eine freie Initiative von Menschen bei anthrowiki.at, anthro.world, biodyn.wiki und steiner.wiki mit online Lesekreisen, Übungsgruppen, Vorträgen ... |
Wie Sie die Entwicklung von AnthroWiki durch Ihre Spende unterstützen können, erfahren Sie hier. |
Use Google Translate for a raw translation of our pages into more than 100 languages. Please note that some mistranslations can occur due to machine translation. |
Julius Baumann und Turingmaschine: Unterschied zwischen den Seiten
imported>Odyssee Keine Bearbeitungszusammenfassung |
imported>Odyssee Keine Bearbeitungszusammenfassung |
||
Zeile 1: | Zeile 1: | ||
[[Datei:Model of a Turing machine.jpg|mini|250px|Modell einer Turingmaschine]] | |||
Die '''Turingmaschine''' ist ein 1936<ref>{{Literatur | |||
|Autor=Alan M. Turing | |||
|Titel=On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem | |||
|Sammelwerk=Proceedings of the London Mathematical Society | |||
|Band=42 | |||
|Datum=1937 | |||
|Seiten=230–265 | |||
|DOI=10.1112/plms/s2-42.1.230 | |||
|Online=[https://www.cs.virginia.edu/~robins/Turing_Paper_1936.pdf pdf]}}</ref> von dem britischen [[Mathematiker]] und [[Logik]]er [[Alan Turing]] (1912-1954) eingeführtes [[Berechenbarkeit]]smodell, das die Arbeitsweise eines [[Computer]]s mathematisch exakt beschreibt und damit eine wesentliche Grundlage der [[Theoretische Informatik|theoretischen Informatik]] ist. Es handelt sich dabei also um ein Gedankenmodell und nicht um ein physisch realisiertes Gerät. Turing analysierte dazu die menschlichen Gedankenprozesse beim [[Rechnen|Zahlenrechnen]] und bildete sie in seinem Modell nach, indem er die mathematischen Begriffe „[[Berechenbarkeit]]“ und „[[Algorithmus]]“ (Rechenvorschrift) streng formalisierte. | |||
[[ | == Schematischer Aufbau einer Turingmaschine == | ||
[[Datei:Turingmaschine.svg|mini|250px|Schematischer Aufbau einer Ein-Band-Turingmaschine]] | |||
Eine einfache Turingmaschine repräsentiert einen bestimmten Algorithmus bzw. ein [[Computerprogramm|Programm]]. Sie verfügt über ein endloses, in quadratische Felder eingeteiltes Band, das als Datenspeicher mit unbeschränkter Kapazität dient. Die Felder können mit [[Zeichen]] (inklusive Leerzeichen) aus einem definierten [[Zeichensatz]] - im einfachsten Fall 0 und 1 - beschrieben werden. Das Band wird durch einen beweglichen Lese- und Schreibkopf gelesen bzw. beschrieben, wobei das Band programmgesteuert vorwärts und rückwärts bewegt und das jeweilige Zeichen verändert werden kann. Die Maschine startet bei dem ersten eingegebenen Zeichen und stoppt, wenn für den aktuellen Zustand und das gerade gelesene Zeichen keine weitere Aktion definiert ist. Die Frage, ob der Algorithmus nach einer endlichen Zahl von Schritten zum Ende kommt, wird als '''Halteproblem''' bezeichnet. Für einfache Algorithmen kann diese Frage meist leicht beantwortet werden. Turing hat aber mittels seiner Turingmaschine nachgewiesen, dass es keinen Algorithmus gibt, der diese Frage für alle möglichen Algorithmen und beliebige Eingaben beantworten könnte. Das Halteproblem ist daher algorithmisch ''nicht'' [[entscheidbar]]. [[Erkenntnistheorie|Erkenntnistheoretisch]] folgt daraus, dass grundsätzlich nicht jedes Problem logisch lösbar ist, selbst wenn alle dafür relevanten Fakten bekannt sind. Das trifft sich mit dem bereits 1931 von [[Kurt Gödel]] formulierten [[Gödelscher Unvollständigkeitssatz|Gödelschen Unvollständigkeitssatz]].<ref>Kurt Gödel: ''Über formal unentscheidbare Sätze der Principia Mathematica und verwandter Systeme I.'' In: ''Monatshefte für Mathematik und Physik.'' 38, 1931, S. 173–198, {{DOI|10.1007/BF01700692}}. [http://www.zentralblatt-math.org/zbmath/search/?q=an:57.0054.02 Zentralblatt MATH.]</ref> | |||
'' | |||
In seinem 1948 veröffentlichten Bericht ''Intelligent Machinery'' beschrieb Turing seine „''Logischen Berechnungsmaschinen''“ (''Logical Computing Machines'', kurz: LCM) wie folgt: | |||
{{Zitat|In Turing (1937) wurde ein bestimmter Typ einer diskreten Maschine beschrieben. Sie hatte eine unendliche Speicherkapazität in Form eines unendlichen Bandes, das in Quadrate unterteilt ist, auf die jeweils ein Symbol gedruckt werden kann. Zu jedem Zeitpunkt befindet sich ein Symbol in der Maschine; es wird das gescannte Symbol genannt. Die Maschine kann das gescannte Symbol ändern und sein Verhalten wird teilweise durch dieses Symbol beschrieben, aber die Symbole an anderer Stelle auf dem Band haben keinen Einfluss auf das Verhalten der Maschine. Das Band kann jedoch durch die Maschine hin- und herbewegt werden, wobei dies eine der elementaren Operationen der Maschine ist. Jedes Symbol auf dem Band kann daher irgendwann einen Durchgang haben. | |||
= | Diese Maschinen werden hier 'Logical Computing Machines' genannt. Sie sind vor allem von Interesse wenn wir überlegen wollen, wozu eine Maschine prinzipiell ausgelegt sein könnte, wenn wir bereit sind um sowohl unbegrenzte Zeit als auch unbegrenzte Speicherkapazität zu ermöglichen.|Alan Turing|''Intelligent Machinery'' (1948)|ref=<ref>„In Turing (1937) a certain type of discrete machine was described. lt had an infinite memory capacity obtained in the form of an infinite tape marked out into squares on each of which a symbol could be printed. At any moment there is one symbol in the machine; it is called the scanned symbol. The machine can alter the scanned symbol and its behaviour is in part described by that symbol, but the symbols on the tape elsewhere do not affect the behaviour of the machine. However the tape can be moved back and forth through the machine, this being one of the elementary operations of the machine. Any symbol on the tape may therefore eventually have an innings.<br /> | ||
These machines will here be called ‘Logical Computing Machines’. They are chiefly of interest when we wish to consider what a machine could in principle be designed to do, when we are willing to allow it both unlimited time and unlimited storage capacity.“ (Alan M. Turing: ''Intelligent Machinery'', 1948, The Turing Archive, [http://www.alanturing.net/turing_archive/archive/l/l32/L32-004.html S. 3f.]</ref>)}} | |||
== Church-Turing-These == | |||
Eine mathematische [[Funktion (Mathematik)|Funktion]] wird als '''Turing-berechenbar''' oder kurz als [[berechenbar]] bezeichnet, wenn sie mit einer Turingmaschine berechnet werden kann. Gemäß der '''Church-Turing-These''' stimmt die Klasse der Turing-berechenbaren mit der Klasse der intuitiv berechenbaren Funktionen überein<ref>Benannt nach Alan Turing und dem US-amerikanischen Mathematiker, Logiker und Philosophen [[Wikipedia:Alonzo Church|Alonzo Church]] (1903-1995), der einer der Mitbegründer der [[Theoretische Informatik|theoretischen Informatik]] war. Die Church-Turing-These ist zwar nicht formal beweisbar, da sich der Begriff „intuitiv berechenbare Funktion“ nicht exakt formalisieren lässt, wird aber allgemein als gültig angesehen.</ref>. Eine Funktion, die mittels einer Turingmaschine nicht berechnet werden kann, gilt damit erwiesenermaßen als nicht berechenbar. Tatsächlich stellte Turing fest, dass viele Funktionen, die sich der Mensch ''ausdenken'' kann, grundsätzlich nicht berechenbar. | |||
== Siehe auch == | |||
{{ | * {{WikipediaDE|Turingmaschine}} | ||
== Einzelnachweise == | == Einzelnachweise == | ||
Zeile 72: | Zeile 35: | ||
<references /> | <references /> | ||
[[Kategorie: | {{Normdaten|TYP=s|GND=4203525-9}} | ||
[[Kategorie:Alan Turing]] | |||
[[Kategorie:Automatentheorie]] | |||
[[Kategorie:Komplexitätstheorie]] | |||
[[Kategorie:Berechenbarkeitstheorie]] |
Version vom 7. August 2018, 15:16 Uhr
Die Turingmaschine ist ein 1936[1] von dem britischen Mathematiker und Logiker Alan Turing (1912-1954) eingeführtes Berechenbarkeitsmodell, das die Arbeitsweise eines Computers mathematisch exakt beschreibt und damit eine wesentliche Grundlage der theoretischen Informatik ist. Es handelt sich dabei also um ein Gedankenmodell und nicht um ein physisch realisiertes Gerät. Turing analysierte dazu die menschlichen Gedankenprozesse beim Zahlenrechnen und bildete sie in seinem Modell nach, indem er die mathematischen Begriffe „Berechenbarkeit“ und „Algorithmus“ (Rechenvorschrift) streng formalisierte.
Schematischer Aufbau einer Turingmaschine
Eine einfache Turingmaschine repräsentiert einen bestimmten Algorithmus bzw. ein Programm. Sie verfügt über ein endloses, in quadratische Felder eingeteiltes Band, das als Datenspeicher mit unbeschränkter Kapazität dient. Die Felder können mit Zeichen (inklusive Leerzeichen) aus einem definierten Zeichensatz - im einfachsten Fall 0 und 1 - beschrieben werden. Das Band wird durch einen beweglichen Lese- und Schreibkopf gelesen bzw. beschrieben, wobei das Band programmgesteuert vorwärts und rückwärts bewegt und das jeweilige Zeichen verändert werden kann. Die Maschine startet bei dem ersten eingegebenen Zeichen und stoppt, wenn für den aktuellen Zustand und das gerade gelesene Zeichen keine weitere Aktion definiert ist. Die Frage, ob der Algorithmus nach einer endlichen Zahl von Schritten zum Ende kommt, wird als Halteproblem bezeichnet. Für einfache Algorithmen kann diese Frage meist leicht beantwortet werden. Turing hat aber mittels seiner Turingmaschine nachgewiesen, dass es keinen Algorithmus gibt, der diese Frage für alle möglichen Algorithmen und beliebige Eingaben beantworten könnte. Das Halteproblem ist daher algorithmisch nicht entscheidbar. Erkenntnistheoretisch folgt daraus, dass grundsätzlich nicht jedes Problem logisch lösbar ist, selbst wenn alle dafür relevanten Fakten bekannt sind. Das trifft sich mit dem bereits 1931 von Kurt Gödel formulierten Gödelschen Unvollständigkeitssatz.[2]
In seinem 1948 veröffentlichten Bericht Intelligent Machinery beschrieb Turing seine „Logischen Berechnungsmaschinen“ (Logical Computing Machines, kurz: LCM) wie folgt:
„In Turing (1937) wurde ein bestimmter Typ einer diskreten Maschine beschrieben. Sie hatte eine unendliche Speicherkapazität in Form eines unendlichen Bandes, das in Quadrate unterteilt ist, auf die jeweils ein Symbol gedruckt werden kann. Zu jedem Zeitpunkt befindet sich ein Symbol in der Maschine; es wird das gescannte Symbol genannt. Die Maschine kann das gescannte Symbol ändern und sein Verhalten wird teilweise durch dieses Symbol beschrieben, aber die Symbole an anderer Stelle auf dem Band haben keinen Einfluss auf das Verhalten der Maschine. Das Band kann jedoch durch die Maschine hin- und herbewegt werden, wobei dies eine der elementaren Operationen der Maschine ist. Jedes Symbol auf dem Band kann daher irgendwann einen Durchgang haben.
Diese Maschinen werden hier 'Logical Computing Machines' genannt. Sie sind vor allem von Interesse wenn wir überlegen wollen, wozu eine Maschine prinzipiell ausgelegt sein könnte, wenn wir bereit sind um sowohl unbegrenzte Zeit als auch unbegrenzte Speicherkapazität zu ermöglichen.“
Church-Turing-These
Eine mathematische Funktion wird als Turing-berechenbar oder kurz als berechenbar bezeichnet, wenn sie mit einer Turingmaschine berechnet werden kann. Gemäß der Church-Turing-These stimmt die Klasse der Turing-berechenbaren mit der Klasse der intuitiv berechenbaren Funktionen überein[4]. Eine Funktion, die mittels einer Turingmaschine nicht berechnet werden kann, gilt damit erwiesenermaßen als nicht berechenbar. Tatsächlich stellte Turing fest, dass viele Funktionen, die sich der Mensch ausdenken kann, grundsätzlich nicht berechenbar.
Siehe auch
- Turingmaschine - Artikel in der deutschen Wikipedia
Einzelnachweise
- ↑ Alan M. Turing: On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem. In: Proceedings of the London Mathematical Society. 42, 1937, S. 230–265, doi:10.1112/plms/s2-42.1.230 (pdf).
- ↑ Kurt Gödel: Über formal unentscheidbare Sätze der Principia Mathematica und verwandter Systeme I. In: Monatshefte für Mathematik und Physik. 38, 1931, S. 173–198, doi:10.1007/BF01700692. Zentralblatt MATH.
- ↑ „In Turing (1937) a certain type of discrete machine was described. lt had an infinite memory capacity obtained in the form of an infinite tape marked out into squares on each of which a symbol could be printed. At any moment there is one symbol in the machine; it is called the scanned symbol. The machine can alter the scanned symbol and its behaviour is in part described by that symbol, but the symbols on the tape elsewhere do not affect the behaviour of the machine. However the tape can be moved back and forth through the machine, this being one of the elementary operations of the machine. Any symbol on the tape may therefore eventually have an innings.
These machines will here be called ‘Logical Computing Machines’. They are chiefly of interest when we wish to consider what a machine could in principle be designed to do, when we are willing to allow it both unlimited time and unlimited storage capacity.“ (Alan M. Turing: Intelligent Machinery, 1948, The Turing Archive, S. 3f. - ↑ Benannt nach Alan Turing und dem US-amerikanischen Mathematiker, Logiker und Philosophen Alonzo Church (1903-1995), der einer der Mitbegründer der theoretischen Informatik war. Die Church-Turing-These ist zwar nicht formal beweisbar, da sich der Begriff „intuitiv berechenbare Funktion“ nicht exakt formalisieren lässt, wird aber allgemein als gültig angesehen.