Реферат на тему «Алгоритмически неразрешимые проблемы»

Содержание

1. Введение
2. Нумерация алгоритмов. Нумерация машин Тьюринга. Существование невычислимых по Тьюрингу функций
3. Проблемы распознавания самоприменимости и применимости. Алгоритмически неразрешимые проблемы в общей теории алгоритмов
4. Теорема Раиса и другие примеры алгоритмической неразрешимости
5. Наиболее важные алгоритмически неразрешимые задачи
6. Заключение
7. Список литературы

Введение

В теории вычислимости алгоритмически неразрешимой задачей называется задача, имеющая ответ да или нет для каждого объекта из некоторого множества входных данных, для которой (принципиально) не существует алгоритма, который бы, получив любой возможный в качестве входных данных объект, останавливался и давал правильный ответ после конечного числа шагов.

Алгоритмическая проблема — это проблема, в которой требуется найти единый метод (алгоритм) для решения бесконечной серии однотипных единичных задач. Такие проблемы называют также массовыми проблемами. Они возникали и решались в различных областях математики на протяжении всей ее истории. Примеры таких проблем рассматривались ранее.

Математики в начале XX в. столкнулись с тем, что для некоторых массовых проблем не удается подобрать общий алгоритм для их решения. В связи с этим возникла необходимость дать точное определение самому понятию алгоритма. Мы познакомились с несколькими способами такого уточнения, и в настоящем параграфе приведем примеры алгоритмически неразрешимых массовых проблем.

Сначала в качестве понятия, уточняющего понятие алгоритма, будем использовать понятие машины Тьюринга. Затем рассмотрим проблему алгоритмической разрешимости в рамках общей теории алгоритмов.

Нумерация алгоритмов. Нумерация машин Тьюринга. Существование невычислимых по Тьюрингу функций

Понятие нумерации алгоритмов — важное средство для их исследования, в частности для доказательств несуществования единого алгоритма для решения той или иной массовой проблемы. Посмотрим сначала на это понятие в рамках нашей общей теории алгоритмов.

Поскольку любой алгоритм можно задать конечным описанием (словом) (например, в конечном алфавите знаков, используемых при наборе математических книг), а множество всех конечных слов в фиксированном конечном алфавите счетно, то множество всех алгоритмов счетно. Это означает наличие взаимно-однозначного соответствия между множеством  натуральных чисел и множеством всех алгоритмов, рассматриваемым как подмножество множества  всех слов в алфавите , выбранном для описания алгоритмов . Такая функция называется нумерацией алгоритмов. Если , то число  называется номером алгоритма . Из взаимной однозначности отображения  следует существование обратной функции , восстанавливающей по описанию алгоритма  его номер в этой нумерации . Очевидно, что различных нумераций много. [7]

Нумерация всех алгоритмов является одновременно и нумерацией всех вычислимых функций в следующем смысле: номер функции  — это номер некоторого алгоритма, вычисляющего . Ясно, что в любой нумерации всякая функция будет иметь бесконечное множество различных номеров.

Существование нумераций позволяет работать с алгоритмами как с числами. Это особенно удобно при исследовании алгоритмов над алгоритмами. Отсутствие именно таких алгоритмов часто приводит к алгоритмически неразрешимым проблемам.

Нумерация машин Тьюринга

Опишем теперь более конкретный процесс нумерации всех машин Тьюринга, который используем при построении примера невычислимой по Тьюрингу функции. Будем считать, что для обозначения внутренних состояний машин Тьюринга используются буквы бесконечной последовательности: , а для обозначения букв внешних алфавитов используются буквы последовательности: .

Выразим (или, как говорят, закодируем) все символы этих бесконечных последовательностей словами конечного стандартного алфавита  по следующим правилам:

 обозначим (закодируем) словом из  букв ;

 обозначим (закодируем) словом из у единиц: .

В стандартном алфавите программу машины Тьюринга можно записать в виде слова, руководствуясь следующим правилом. Сначала все команды программы переводятся на язык стандартного алфавита, для чего в записях этих команд , где , опускается символ «», а буквы  заменяются соответствующими словами стандартного алфавита. Затем полученные слова-команды записываются подряд в любом порядке в виде единого слова.

Например, программа машины Тьюринга в этих обозначениях имеет вид:

Опускаем символ «», заменяем буквы словами стандартного алфавита и в результате полу- чаем следующие слова в стандартном алфавите, кодирующие соответствующие команды:

Выписываем эти слова подряд и получаем слово, кодирующее программу данной машины Тьюринга:

Нетрудно указать алгоритм, позволяющий узнавать, является ли слово в стандартном алфавите программой некоторой машины Тьюринга. Такой алгоритм может, например, состоять в следующем. Нужно анализировать все подслова данного слова, заключенные между всевозможными парами букв из . Эти подслова должны иметь следующую структуру: сначала записаны несколько букв , затем  или несколько букв 1, затем снова несколько букв  и, наконец, снова  или несколько единиц.

Таким образом, каждая машина Тьюринга вполне определяется некоторым конечным словом в конечном стандартном алфавите. Поскольку множество всех конечных слов в конечном алфавите счетно, то и всех мыслимых машин Тьюринга (отличающихся друг от друга по существу своей работы) имеется не более чем счетное множество. [4]

Перенумеруем теперь все машины Тьюринга, для чего все слова стандартного алфавита, представляющие собой программы всевозможных машин Тьюринга, расположим в виде фиксированной счетно-бесконечной последовательности, которую составим по такому правилу: сначала выписываются в какой-нибудь фиксированной последовательности все однобуквенные слова: , представляющие программы машин Тьюринга (множество таких слов конечно, потому что конечен стандартный алфавит, из букв которого строятся слова), затем выписываются все двухбуквенные слова , представляющие программы машин Тьюринга (множество таких слов также конечно, потому что конечен стандартный алфавит), затем выписываются трехбуквенные слова и т.д. Получится последовательность программ  всех мыслимых машин Тьюринга. Число  будем называть номером машины Тьюринга, если программа этой машины записывается словом .

Существование невычислимых по Тьюрингу функций

Теорема 1. Существует функция, не вычислимая по Тьюрингу, т.е. не вычислимая ни на одной машине Тьюринга.

Доказательство. Функции, о которых идет речь, представляют собой функции, заданные и принимающие значения в множестве слов в алфавите . Ясно, что множество слов в алфавите  счетно. Следовательно, рассматривается множество всех функций, заданных на счетном множестве и принимающих значения в счетном же множестве. Как известно, это множество имеет мощность континуума. С другой стороны, поскольку множество всевозможных машин Тьюринга, как мы установили в предыдущем пункте, перенумеровав их, счетно, это и множество функций, вычислимых по Тьюрингу, также счетно. Континуальная мощность строго больше счетной. Следовательно, существуют функции, не вычислимые по Тьюрингу.

Доказанная теорема есть чистая теорема существования. Интересно получить пример конкретной функции, не вычислимой по Тьюрингу.

Пример 1. Укажем конкретную функцию, которую нельзя вычислить ни на какой машине Тьюринга. На основании тезиса Тьюринга это будет означать, что не существует вообще никакого алгоритма для вычисления значений такой функции.

Рассмотрим следующую функцию  на словах в алфавите .

Для произвольного слова  длиной  в алфавите  положим: , если слово  перерабатывается машиной Тьюринга с номером  (см. предыдущий пункт) в слово  алфавита  в противном случае. Докажем, что функция  не вычислима по Тьюрингу.

Допустим противное. Это означает, что существует машина Тьюринга  со стандартным алфавитом , вычисляющая эту функцию. Пусть  — номер этой машины в нумерации, описанной в предыдущем пункте. Посмотрим, чему равно слово  (напомним, что  — слово из  единиц), являющееся значением функции  при . Предположим, что машина  перерабатывает слово  в слово  в том же алфавите . Тогда по определению вычислимости функции  на машине  это означает, что . Но с другой стороны, по самому определению функции  это означает, что . Полученное противоречие доказывает, что машины Тьюринга, вычисляющей функцию , не существует.

Принимая во внимание тезис Тьюринга, заключаем, что не существует вообще никакого алгоритма для вычисления значений функции . Это означает, что массовая проблема нахождения значений функции для всевозможных значений аргумента алгоритмически не разрешима.

Проблемы распознавания самоприменимости и применимости. Алгоритмически неразрешимые проблемы в общей теории алгоритмов

Это еще два примера алгоритмически не разрешимых проблем. Сначала о первой. Предположим, что на ленте машины Тьюринга записана ее собственная функциональная схема в алфавите машины. Если машина применима к такой конфигурации, то будем называть ее самоприменяемой, в противном случае — несамоприменяемой. Возникает массовая проблема распознавания самоприменяемых машин Тьюринга, состоящая в следующем. По заданной Функциональной схеме (программе) машины Тьюринга установить, к какому классу относится машина: к классу самоприменимыx машин или к классу несамоприменимых машин. [10]

Теорема 2. Проблема распознавания самоприменимых машин Тьюринга алгоритмически не разрешима.

Доказательство

На основании доказанной теоремы устанавливается алгоритмическая неразрешимость и некоторых других массовых проблем, возникающих в теории машин Тьюринга, например проблема распознавания применимости для машин Тьюринга, которая состоит в следующем. Заданы функциональная схема (программа) какой-нибудь машины Тьюринга и конфигурация в ней: узнать, применима ли машина к данной конфигурации или нет.

Теорема 3. Проблема распознавания применимых машин Тьюринга алгоритмически не разрешима.

Доказательство. Если бы существовал алгоритм для решения этой проблемы, то с его помощью можно было бы узнать, применима ли машина к слову, кодирующему ее собственную программу, т. е. самоприменима ли она. Но на основании предыдущей теоремы известно, что такого алгоритма не существует.

Алгоритмически неразрешимые проблемы в общей теории алгоритмов

Итак, мы установили алгоритмическую неразрешимость двух проблем, связанных с машинами Тьюринга: проблема распознавания самоприменимых машин Тьюринга (теорема 2) и проблема распознавания применимости для машин Тьюринга (теорема 3). Каждое из этих утверждений может быть сформулировано и доказано и в общей теории алгоритмов (в инвариантном виде).

Теорема о неразрешимости проблемы остановки (т. е. проблемы распознавания применимости алгоритма) звучит так. Не существует алгоритма, который по номеру  любого алгоритма (в произвольной, но фиксированной нумерации) и исходным данным у определял бы, остановится алгоритм при этих данных или нет; иначе говоря, не существует алгоритма , такого, что для любого алгоритма  (с номером )

Теорему об алгоритмической неразрешимости проблемы самоприменимости алгоритмов можно сформулировать так. Не существует алгоритма  такого, что для любого алгоритма

Рассмотрим еще одну алгоритмическую проблему об алгоритмах и докажем ее неразрешимость. Это проблема определения обще-рекурсшности алгоритмов (и функции), т.е. проблема определения того, ко всяким ли допустимым начальным данным применим алгоритм. Прежде докажем лемму.

Лемма 4. Для любого перечисления любого множества  всюду определенных вычислимых (т. е. общерекурсивных) функций существует общерекурсивная функция, не входящая в это перечисление.

Доказательство. Пусть  — перечисление множества , порождающее последовательность  всюду определенных вычислимых функций. Введем функцию . Так как общерекурсивна, то и  общерекурсивна. Если предположить, что , то  имеет некоторый номер  и, следовательно, . Тогда в точке  по определению , а в силу последнего соотношения имеем . Получаем противоречие, из которого следует, что  не входит в перечисление, порождаемое .

(Заметим, что если бы в перечислении допускались частичные функции, то такое определение функции  не привело бы к Противоречию, а означало бы лишь, что  не определена в точке ).

Теорема 5. Проблема определения общерекурсивности алгоритмов неразрешима, т. е. не существует алгоритма , такого, что для любого алгоритма 

Доказательство. Допустим противное, т. е. такой алгоритм  существует. Тогда он определяет общерекурсивную функцию . Определим функцию  следующим образом:

Так как номеров всюду определенных функций (и, следовательно, точек , в которых ) бесконечное множество, то функция  всюду определена. Ясно, что функция  принимает значение 1 на каждой всюду определенной вычислимой (т.е. общерекурсивной) функции, т.е. является перечислением множества всех общерекурсивных функций. Но, на основании предыдущей леммы, такого перечисления не существует. Противоречие. Следовательно, не существует и алгоритма , определенного в условии теоремы, т.е. проблема определения общерекурсивности алгоритмов неразрешима. [8]

Раз нельзя указать единого алгоритма, отличающего всюду определенные вычислимые (т. е. общерекурсивные) функции от частично рекурсивных, попытаемся подойти к проблеме частично рекурсивных функций с другой стороны. Может быть, возможно каждую частично рекурсивную функцию доопределить на неопределимых точках так, чтобы получилась рекурсивная (т. е. общерекурсивная) функция. Оказывается, и эта задача неразрешима, что следует из теоремы, приведенной ниже.

Теорема 6. Существует такая частично рекурсивная функция , что никакая общерекурсивная функция  не является ее доопределением.

Доказательство. Как и прежде, считаем, что выбрана некоторая вычислимая нумерация  и для каждого алгоритма  значение  — его номер в этой нумерации. Рассмотрим следующую частичную функцию

Ясно, что функция  вычислима и, значит, частично рекурсивна.

Пусть теперь  — произвольная общерекурсивная функция и  — ее номер в нумерации , то есть . Так как  всюду определена, то  определена и, следовательно, . Таким образом, для любой общерекурсивной функции  имеем . Это и означает, что . Теорема доказана.

Следовательно, существуют частичные алгоритмы, которые нельзя доопределить до всюду определенных алгоритмов.

Теорема Раиса и другие примеры алгоритмической неразрешимости

Теорема Раиса — эта теорема описывает в рамках общей теории алгоритмов еще один достаточно обширный круг алгоритмически не разрешимых проблем. Рассмотренные ранее подобные проблемы носили довольно экзотический характер: все они были так или иначе связаны с самоприменимостью алгоритма, когда алгоритм работает с собственным описанием (находится значение вычислимой функции  в точке, являющейся ее собственным номером в выбранной нумерации вычислимых функций: ). Теорема Раиса, опираясь на неразрешимость этой проблемы, устанавливает алгоритмическую неразрешимость вообще всякого нетривиального свойства вычислимых функций.

По-прежнему имеется некоторая нумерация алгоритмов , в которой каждый алгоритм  имеет номер . Этот же номер имеет и функция , которую вычисляет алгоритм . (Следует помнить, что одна и та же функция, будучи вычисляема разными алгоритмами, может иметь в данной нумерации много номеров. Но это обстоятельство не влияет на нижеследующую теорему.) [5]

Теорема 7 (Райе). Пусть  — любой непустой собственный класс вычислимых функций от одного аргумента (существуют как функции, принадлежащие , так и вычислимые функции, не принадлежащие ). Тогда не существует алгоритма, который бы по номеру  функции  определял бы, принадлежит  классу  или нет. Иначе говоря, множество неразрешимо.

Доказательство

Теорема Раиса означает, что не существует единого алгоритма, который для каждой вычислимой функции (по ее номеру) определял бы, обладает эта функция тем или иным свойством или нет, например, является ли эта функция постоянной, монотонной, периодической, ограниченной и т. п. Но это лишь первое приближение к пониманию смысла этой теоремы. Дело в том, что мы пытаемся создать единый алгоритм, который имеет дело с функциями. Но что значит иметь дело с функцией? Функция должна быть как-то задана. В данном случае функция  задается вычисляющим ее алгоритмом  (мы помним, что каждая функция может вычисляться множеством алгоритмов). Разыскиваемый нами единый алгоритм как раз и имеет дело с алгоритмами, вычисляющими функции. Так вот, смысл теоремы Раиса состоит в том, что по описанию алгоритма, вычисляющего функцию, ничего нельзя узнать о свойствах функции, которую он вычисляет. Еще раз подчеркнем — не существует единого алгоритма, применимого к описаниям всех вычисляющих алгоритмов.

В частности, оказывается неразрешимой проблема эквивалентности алгоритмов (упоминавшаяся нами ранее): по двум заданным алгоритмам нельзя узнать, вычисляют они одну и ту же функцию или нет.

Каждый, кто имел дело с программированием (написанием компьютерных программ), знает, что по тексту сколько-нибудь сложной программы, не запуская ее в работу, трудно понять, что она делает (какую функцию вычисляет). Если это понимание и приходит, то каждый раз по-своему; единого метода здесь не существует. Это своего рода практическое проявление теоремы Раиса. [3]

Мы уже обсуждали проблемы синтаксиса и семантики языка при рассмотрении формальных теорий. В теории алгоритмов появляется еще один аспект этой проблемы. Синтаксические свойства алгоритма — это свойства описывающих его текстов, т.е. свойства конечных слов в фиксированном алфавите. Семантические (или смысловые) свойства алгоритма связаны с тем, что он делает. Хорошо известно, что в процессе отладки программ синтаксические ошибки отыскиваются довольно легко (этому, в частности, способствуют и дополнительные программы-алгоритмы). Главные неприятности связаны именно с анализом семантики неотлаженной программы, т.е. с попытками установить, что же она делает вместо того, чтобы делать то, что мы хотим (и здесь нам уже никакие дополнительные программы помочь не могут). Образно выражаясь, можно сказать, что теорема Раиса звучит так: по синтаксису алгоритма ничего нельзя узнать о его семантике.

Другие примеры алгоритмической неразрешимости

Ранее отмечалось, что не существует алгоритма, позволяющего для каждой формулы логики предикатов определить, будет ли формула выполнимой или общезначимой. Это означает, что массовые проблемы разрешения для общезначимости и выполнимости формул логики предикатов алгоритмически не разрешимы.

Одной из наиболее знаменитых алгоритмических проблем математики являлась 10-я проблема Гильберта, поставленная им в числе других в 1901 г. на Международном математическом конгрессе в Париже. Требовалось найти алгоритм, определяющий для любого диафантова уравнения, имеет ли оно целочисленное решение. Диафантово уравнение есть уравнение вида , где  — многочлен с целыми показателями степеней и с Целыми коэффициентами. В общем случае эта проблема долго Оставалась нерешенной, и только в 1970 г. советский математик Ю. В. Матиясевич доказал ее неразрешимость.

Существует множество и других алгоритмических проблем, относительно которых установлена их неразрешимость. Среди них ряд алгебраических проблем, приводящих к различным вариантам проблемы слов, которые исследовались советскими математиками А.А.Марковым, П.С.Новиковым, А.И.Мальцевым. [2]

В заключение еще раз отметим, что алгоритмическая неразрешимость означает лишь отсутствие единого способа для решения всех единичных задач данной бесконечной серии, в то время как каждая индивидуальная задача серии вполне может быть решена своим индивидуальным способом. Более того, может оказаться разрешимой (своим индивидуальным методом) не только каждая отдельная задача этого класса, но и целые подклассы задач этого класса. Поэтому, если проблема неразрешима в общем случае, нужно искать ее разрешимые частные случаи. Задача в более общей постановке имеет больше шансов оказаться неразрешимой.

Так, несмотря на отсутствие единого алгоритма, позволяющего для каждой формулы логики предикатов определить, является ли она выполнимой или общезначимой, мы ранее ответили на этот вопрос применительно к конкретным индивидуальным формулам, также сумели даже отыскать алгоритмы решения данной задачи для целых классов формул некоторых специальных видов. Аналогична ситуация с диафантовыми уравнениями. Например, для частного случая диафантова уравнения

хорошо известно, что все его целые корни следует искать среди делителей свободного члена .

В то же время понимание сути проблемы алгоритмической неразрешимости и знание основных алгоритмических неразрешимостей является одним из важных элементов современной математической и логической культуры, особенно для тех, кто имеет профессиональные дела, связанные с компьютерами, программированием и информатикой.

Наиболее важные алгоритмически неразрешимые задачи

Так, существуют функции, не вычисляемые никакой машиной Тьюринга. Такие функции называются невычислимыми. Если теперь сказать, что вычисление функции — это решение задачи, а программа машины Тьюринга — алгоритм, то мы делаем вывод о существовании алгоритмически неразрешимых задач. [1]

В теории алгоритмов известно много таких задач. Перечислим наиболее важные из них.

• Проблема остановки. При обсуждении машин Тьюринга
  было сказано, что на некоторых исходных данных машина может не останавливаться, т. е. не давать результата.   Любая машина Тьюринга может быть представлена некоторым кодом (номером), отличающимся от всех других. Например, каждое состояние можно закодировать числом, символы движения за кодировать различными числами. Тогда каждая команда пред ставляет собой строку чисел, которую можно интерпретировать как одно большое число, а последовательность всех команд — как еще большее число N. Эта или какая-либо другая процедура устанавливает однозначное соответствие между множествомнатуральных чисел и множеством алгоритмов.

Функция j : Natur —> Algorithmus, называется нумерацией алгоритмов, а ее аргумент N — номером алгоритма при нумерации j. Функция j по номеру N восстанавливает описание алгоритма, j (N) = а. Обратная функция по описанию алгоритма определяет его номер. Введение нумераций позволяет работать с алгоритмами как с натуральными числами, что особенно удобно при исследовании алгоритмов над алгоритмами: алгоритм, закодированный числом, может рассматриваться как входные данные другого алгоритма. Проблема остановки состоит в построении машины Тьюринга М, которая получая на входе код (номер) N произвольной машины Т и входные данные этой машины X, определяет, остановится ли машина Т на данных X. Иначе говоря,

M(N,X) = 1,   если Т останавливается на X,

M(N,X) = О,   если Т не останавливается на X.

Доказано, что машину М построить нельзя, т. е. проблема остановки алгоритмически неразрешима. [9]

• Проблема эквивалентности. Для вычисления одной и той
  же функции можно построить две различные машины Тьюринга,
  отличающиеся набором команд, а значит, и последовательностью действий. Тем не менее для любых исходных данных обе машины будут вычислять одинаковые результаты. Такие машины естественно считать эквивалентными. Проблема эквивалентности состоит в построении машины Тьюринга, получающей на входе описания (коды) двух машин Т1 и Т2 и определяющей, эквивалентны ли Т1 и Т2. С практической точки зрения можно поставить аналогичный вопрос: можно ли написать программу, которая по текстам двух программ на Паскале определяет, закончатся ли они одинаковыми результатами.

Ответ отрицательный — проблема эквивалентности алгоритмически неразрешима. Это не означает, что для двух конкретных программ нельзя выяснить, эквивалентны ли они. Просто не существует общего метода. Для каждой пары программ придется применять собственные методы, зависящие от существа этих программ.

Понятие вычислимой функции (т. е. той, для которой существует вычисляющая ее машина Тьюринга — алгоритм) и собственно алгоритма не следует смешивать. Различие между вычислимой функцией и алгоритмом — это различие между функцией и способом ее задания. Для одной и той же функции может существовать бесконечное число способов задания — текстов алгоритмов. Тривиальный пример: к тексту алгоритма, вычисляющего функцию, припишем текст тождественного алгоритма (результат которого всегда равен его входным данным); новый алгоритм представляет ту же самую функцию; теперь припишем текст тождественного алгоритма еще раз, затем еще раз; получим бесконечную последовательность различающихся алгоритмов, представляющих одну функцию. Подобные факты и порождают множество проблем в теории алгоритмов, связанных с разрешимостью. Существует даже теорема Раиса, утверждающая, что «никакое нетривиальное свойство вычислимых функций не является алгоритмически разрешимым».

Тривиальное свойство означает принадлежность функции либо множеству всех функций, либо пустому множеству. Нетривиальное свойство — «функция f принадлежит классу C», где С— такой непустой класс, что существуют функции, не принадлежащие ему. Нумерация всех алгоритмов является одновременно и нумерацией всех вычислимых функций: функции можно приписать номер одного из вычисляющих ее алгоритмов. Теперь теорему Раиса можно сформулировать иначе: «Не существует алгоритма, который по номеру функции f определял бы, принадлежит эта функция заданному классу С или нет». [8]

Из изложенного видно, что проблема алгоритмической неразрешимости достаточно серьезна. На практике это означает, что если ставится проблема построения алгоритма, имеющего общий (универсальный) характер, например, автоматического синтеза программ по описанию произвольной задачи, то скорее всего такая проблема не может быть решена. Но если проблему ограничить, не ориентируясь на синтез программ для произвольных задач, а очертить более узкий круг задач и задать простые правила описания таких задач, то, вероятно, проблема может быть решена.

Заключение

Далеко не все задачи решаются алгоритмически или, как принято говорить в математике, конструктивно.

Так, в работе мы рассмотрели проблему разрешимости и неразрешимости с точки зрения машин Тьюринга, т. е. точного понятия алгоритма. Машина Тьюринга вычисляет значение некоторой функции натуральных аргументов, иначе говоря, каждая машина представляет некоторую функцию. Верно ли обратное: каждая функция может быть представлена некоторой машиной? Ответить на этот вопрос очень легко. Поскольку каждая машина однозначно задается своей программой, а программу можно записать как последовательность команд — строку конечной длины в конечном алфавите то имеем счетное количество строк, т. е. множество всех машин Тьюринга счетно. В то же время множество всех функций натуральных аргументов, дающих в качестве результата натуральные числа — несчетно!

Следовательно, существуют функции, не вычисляемые никакой машиной Тьюринга. Такие функции называются невычислимыми. Если теперь сказать, что вычисление функции — это решение задачи, а программа машины Тьюринга — алгоритм, то мы делаем вывод о существовании алгоритмически неразрешимых задач.

Такими можно назвать проблему остановки и проблему эквивалентности.

Список литературы

1. Ахо, А. Структуры данных и алгоритмы / А. Ахо, Д. Хонкрофт, Д. Ульман. — М.: Вильямс, 2010. — 400 с.
2. Алгоритмы. Построение и анализ / Т. Кормен, и др. — М.: Вильямс, 2013.- 1328 с.
3. Кнут, Д. Искусство программирования. Том 1. Основные алгоритмы / Д. Кнут. — М.: Вильямс, 2010. — 720 с.
4. Котов, В. М. Алгоритмы и структуры данных: учеб. пособие / В. М. Котов, Е. П. Соболевская, А. А. Толстиков. — Минск: БГУ, 2011. 267 с.
5. Овсянников, А. В. Алгоритмы и структуры данных : учебно-методический комплекс для специальности 1-31 03 07 «Прикладная информатика (по направлениям)». Ч. 1 / А. В. Овсянников, Ю. А. Пикман ; БГУ, Фак. социокультурных коммуникаций, Каф. информационных технологий. – Минск : БГУ, 2015 – 124 с. : ил. – Библиогр.: с. 122
6. Сэджвик, Р. Алгоритмы на C++ / Р. Сэджвик. — М.: Вильямс, 2014. —1056 с.
7. Скиена, С. Алгоритмы. Руководство но разработке / С. Скиена. — СПб.: БХВ-Пегербург, 2011. — 720 с.
8. Успенский В. А., Семёнов А. Л. Решимые и нерешимые алгоритмические проблемы. // Квант, 1985, № 7, с. 9 — 15
9. Cassaigne, Julien; Halava, Vesa; Harju, Tero & Nicolas, Francois (2014), «Tighter Undecidability Bounds for Matrix Mortality, Zero-in-the-Corner Problems, and More», arΧiv:1404.0644 [cs.DM]
10. Paul C. Bell; Igor Potapov. On the Undecidability of the Identity Correspondence Problem and its Applications for Word and Matrix Semigroups (англ.) // International Journal of Foundations of Computer Science (англ.)русск. : journal. — World Scientific, 2010. — Vol. 21.6. — P. 963—978. — DOI:10.1142/S0129054110007660.
11. Christian Choffrut; Juhani Karhumäki. Some decision problems on integer matrices. (неопр.) // ITA. — 2005. — Т. 39(1). — С. 125—131. — DOI:10.1051/ita:2005007.