算法问题:不可解问题(Undecidable Decision Problem)

本文介绍了计算机科学中著名的不可解问题——停机问题(The Halting Problem)。该问题探讨的是,是否存在一种算法能够判断任意给定程序及其输入数据的情况下,程序是否会终止运行。通过反证法证明了停机问题是无法解决的。

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    不可解问题(Undecidable Decision Problem)指的是这样一种问题:他无论如何也不可能有一个正确的算法来解决。虽然不可思议,但这种问题被证明确实是存在的。图灵在1936年(那时还没电脑,我们的父亲是在没有设备支持的纯理论基础上提出来的,致敬)提出了第一个不可解问题的实例:The Halting Problem。

    The Halting Problem是问,输入一段程序代码和一个针对此程序的输入,能否编程判断运行这个程序后程序是否会终止。
    这个问题的答案是否定的。也就是说,不可能有一种算法可以正确判断一个指定的程序运行后,给予指定的输入,程序最后出不出得来。换句话说,The Halting Problem是一个不可解问题。

    虽然这感觉似乎不可能,但在严格的证明下谁也无法发言反对。
    证明过程非常简单,假设The Halting Problem是有解的,并且已经用程序实现了,那么我们只需要再编写一个程序Program Bug,就会发现存在矛盾。
    反证:既然解决The Halting Problem的算法已经实现了,那么我们一定能定义一个函数

Function Halting(a,b:input_type):boolean;

    其中,a是读入的程序源码,b是输入数据。这个函数的功能就是返回对于指定的程序源码和输入数据,程序是否能顺利退出。
    下面编写一个程序:

Program Bug;
var
    code:input_type;
begin
   get(code);   //读入code
   if halting(code,code) then repeat until false
      else halt;
end.


    好,现在运行Bug这个程序,并且输入Bug这个程序本身的代码。这样,halting(code,code)其实质就是在判断这个Bug程序本身了。如果The Halting Problem认为Bug程序会正常退出,那么就让程序进入一个死循环,否则立即退出程序。矛盾产生。

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