计算理论导引4

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计算理论导引总结

计算理论导引总结

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计算模型—上下文无关文法
上下文无关文法:是一个 4 元组 ( V, , R, S )
(1) V 是一个有穷集合,称为变元集。 (2) 是一个与 V 不相交的有穷集合,称为终结符集。 (3) R 是一个有穷规则集,每条规则由一个变元和一个由变元及终结 符组成的字符串构成。 (4) SV 是起始变元。
L 类 NL 类、 NL 完全性、 NL 等于 coNL
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复杂性理论—难解性
层次定理的含义:定理中的每一个都能证明时间和空间复杂性类不全 相同,它们形成了一个层次结构,其中时空界限较大的类比时空界限 较小的类包含更多的语言。 相应的概念和结论 在相对化方法中,将修改计算模型,给图灵机一些本质上是“免费” 的信息。依据实际提供给它的信息,图灵机就可能比以前更轻松地解 决某些问题。 电路复杂性 布尔电路、电路族、…… 3SAT 是 NP 完全的
SPACE(f(n)) ={ L | L是被 O(f(n)) 空间的确定型图灵机判定的语言}
NSPACE(f(n)) = { L | L是被 O(f(n)) 空间的非确定型图灵机判定的语言} 萨维奇定理:对于任何函数 f : NR+ ,其中 f(n) n,NSPACE( f(n) ) SPACE( f 2(n) )。 P NP PSPACE=NPSPACE EXPTIME PSPACE完全的、 PSPACE难的 TQBF={< >| 是真的全量词化的布尔公式} PSPACE 完全的
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复杂性理论—时间复杂性
NP中问题举例。
CLIQUE = { <G, k > | G 是包含 k 团的无向图} SUBSET-SUM
NP完全性: NP 中的某些问题的复杂性与整个类的复杂性 相关联。这些问题中任何一个如果存在多项式时间算法,那 么所有 NP 问题都是多项式时间可解的。 语言 A 称为多项式时间映射可归约到语言 B,记为A≤pB, 若存在多项式时间可计算函数 f : **,对于每一个 w, 有 w∈A f(w)∈B。 如果语言 B 满足下面两个条件,就称为NP完全的:

计算理论导引习题答案

计算理论导引习题答案

什么是时间复杂度?请举例说 明。
时间复杂度是评价算法执行时 间快慢的一个指标,通常用大O 表示法来表示。例如,对于一 个简单的顺序查找算法,其时 间复杂度为O(n),表示随着问 题规模n的增加,算法的执行时 间线性增长。
计算模型习题答案详解
习题1
解释图灵机的基本原理和工作过程。
答案
图灵机是一种理论上的计算模型,由一条无限长的纸带和一个读写头组成。读写头可以读取、写入和移动纸带上 的符号,根据当前状态和读取的符号来决定下一步的动作和状态转移。图灵机的工作过程可以模拟任何计算机程 序的执行过程。
RAM模型的扩展与优化
包括引入并行计算、分布式计算等概念,以 提高RAM模型的计算能力和效率。
其他计算模型
量子计算模型
利用量子力学原理进行计算的模型,具有在某些特定 问题上比传统计算机更高的计算效率。
生物计算模型
模拟生物体内信息处理过程的计算模型,如神经网络、 基因算法等。
光计算模型
利用光学原理进行计算的模型,具有高速并行处理和 低能耗等优点。
形式语言与自动机习题答案详解
习题1
解释什么是形式语言,并给出其定义和性质 。
答案
形式语言是பைடு நூலகம்于描述计算机程序的语法和语 义的一种数学工具。它由一组符号和一组规 则组成,可以表示各种不同类型的数据结构 和算法。形式语言具有确定性、封闭性和可 计算性等性质,这些性质使得我们可以对计
算机程序进行精确的描述和分析。
Python语言基础 掌握Python语言的基本语法、数 据类型、控制结构、函数等,以 及常用的Python库和框架。
其他编程语言 了解其他常见的编程语言,如C#、 JavaScript、Go等,以及它们的 特点和应用场景。

计算机导论——以计算思维为导向(第4版)-教学大纲

计算机导论——以计算思维为导向(第4版)-教学大纲

《计算机导论》教学大纲说明:教师可根据课时和学校特点适当选择、调整教学安排。

一、课程简介实证思维、逻辑思维和计算思维是人类认识世界和改造世界的三大思维。

计算机的出现为人类认识世界和改造世界提供了一种更有效的手段,以计算机技术和计算机科学为基础的计算思维已成为人们必须具备的基础性思维。

如何以计算机思维为切入点,通过重构《大学计算机》的课程体系和知识结构,促进计算思维能力培养,提升大学生综合素质和创新能力是大学计算机课程改革面临的重要课题。

这些不断变化的情况要求对目前《大学计算机》的课程体系进行改革。

所以,如何明确、恰当地将计算思维融入知识体系,培养当代大学生用计算机解决和处理问题的思维和能力,从而提升大学生的综合素质,强化创新实践能力是当前的迫切要求。

1.教学目标(1)基本目标《大学计算机》教学不仅承担着传承知识,更肩负着创新知识的使命。

因此,在传授知识的同时更应培养学生的学习能力、解决问题的能力、交流能力、团队合作能力和创新能力,使他们能更快地适应未来工作的需求。

分层次课程体系体现《大学计算机》课程教学的实效性和针对性,以“全面提高计算机公共课程教学质量,培养学生良好的信息化素养,计算思维品质和计算机应用技能,为学生的后续专业学习提供良好的支持”为核心目标。

(2)高级目标研究性教学在培养学生的综合能力的过程中将发挥越来越重要的作用,它将成为综合性实践课程的主要教学方法。

学习的过程是参与的过程,是创造的过程而非盲目接受的过程。

学生积极的思维习惯和探究问题的意识应该在课程教学中得到培养。

在实现基本目标的基础上,实现高级目标:◆提升学习愿望,学习目标;◆增强学生的自我意识;◆运用已有知识学习新事物;◆教授特定领域和特定课程的学习策略;◆潜移默化,完善学生的人格。

2.实践环节实践性教学内容的设置遵循以下原则:(1)课程实验采用集中实验和自主实验相结合的原则。

其中,集中实验根据课程安排到统一的实验室进行实验;自主实验则由学生利用自己的机器或学校内外公有计算机实验室自主完成实验任务。

唐良荣《计算机导论-计算思维和应用技术》第4章 算法基础A

唐良荣《计算机导论-计算思维和应用技术》第4章 算法基础A

“算法就是任何定义明确的计算步骤,它接收一些值或集合作为输入,并产生一些值或集 合作为输出。这样,算法就是将输入转换为输出的一系列计算过程”。
• 程序不一定都是算法,程序不一定满足有穷性。 • 程序是算法在计算机上的实现。
4.1.1 算法的定义 2、算法的基本特征
(1)有穷性 (2)确定性
• 算法必须在有穷步后结束。
4.1.3 算法的评估 2、算法性能的度量
• 从算法时间复杂度和空间复杂度评价算法优劣。 • 算法运行时间取决于以下因素:
(1)硬件速度
• • • •
第20页 共66页
(2)程序语言
(3)编译质量 (4)问题规模
如CPU工作频率,CPU内核数,内存容量等。 编程语言级别越高,执行效率越低。 编译系统对程序优化较好时,生成的执行程序质量较高。 求100以内的素数与求10 000以内的素数执行时间必然不同。
第12页 共66页
4.1.2 算法的表示 4、用N-S图表示算法
• • • • • N-S流程图没有流程线,算法写在一个矩形框内; 每个处理步骤用一个矩形框表示; 处理步骤是语句序列; 矩形框中可以嵌套另一个矩形框; N-S图限制了语句的随意转移,保证了程序的良好结构。
第13页 共66页
4.1.2 算法的表示
4.1.2 算法的表示 3、用流程图表示算法
• 流程图由特定意义的图形构成,它能表示程序的运行过程。 • 流程图规定:
• • • • • • • • 圆边框表示算法开始或结束; 矩形框表示处理功能; 平行四边形框表示数据的输入或输出; 菱形框表示条件判断; 圆圈表示连接点; 箭头线表示算法流程; Y(是)表示条件成立; N(否)表示条件不成立。
Ο (n log n) 线性对数阶 Ο (n2) Ο (n3) 平方阶 立方阶 指数阶 阶乘阶

计算理论导引习题答案[第2版]CHAP5new

计算理论导引习题答案[第2版]CHAP5new

5.1 证明EQ CFG 是不可判定的。

解:只须证明ALL CFG ≤m EQ CFG 即可。

构造CFG G 1,使L(G 1)=∑*。

设计从ALL CFG 到EQ CFG 的归约函数如下: F=“对于输入<G >,其中G 是CFG :1)输出<G ,G 1>。

”若<G >ALL CFG ,则<G ,G 1>EQ CFG 。

若<G >ALL CFG ,则<G , G 1>EQ CFG 。

F 将ALL CFG 归约到EQ CFG 即ALL CFG ≤m EQ CFG∵ALL CFG 是不可判定的,∴EQ CFG 是不可判定的。

5.2证明EQ CFG 是补图灵可识别的。

证明:注意到A CFG ={<G,w>|G 是能派生串w 的CFG}是可判定的。

构造如下TM : F=“输入<G ,H>,其中G ,H 是CFG ,1) 对于字符串S 1, S 2,,重复如下步骤。

2) 检测S i 是否可以由G 和H 派生。

3) 若G 和H 中有一个能派生w ,而另一个不能,则接受。

”F 识别EQ CFG 的补。

5.3 略。

5.4 如果A m B 且B 是正则语言,这是否蕴涵着A 也是正则语言?为什么? 解:否。

例如:对非正则语言A={0n 1n |n 0}和正则语言B={0},可以构造一个可计算函数f 使得:f(w)=⎩⎨⎧≠=n n nn 10w 1,10w 0, 于是w A f(w)B,故A m B 。

5.5 证明A TM 不可映射规约到E TM 。

证明:反证法假设A TM m E TM , 则有TM m TM E A ≤。

而A TM 的补不是图灵可识别的,从而可知E TM 的补也不是图灵可识别的。

下面构造一个识别E TM 的补的图灵机S :S=“输入<M>,M 是TM,1) 对i=1,2,…重复下一步。

2) 对S 1,S 2,…,S i 模拟M 运行i 步,若有接受,则接受。

[计算机导论——基于计算思维视角(第4版)][王玉龙,等] 笫1章 计算思维概述

[计算机导论——基于计算思维视角(第4版)][王玉龙,等] 笫1章   计算思维概述
应用
数据处理、工业控制、科学计算
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第1章 计算思维概述
3. 第三代电子计算机
特点
使用中、小规模集成电路作为逻辑开关元件; 开始使用半导体存储器。辅存仍以磁盘,磁带为主; 外部设备种类和品种增加; 开始走向系列化、通用化和标准化; 操作系统进一步完善,高级语言数量增多。 计算机的体积、重量进一步减小,运算速度和可靠性进一步提高
晶体管
第1章 计算思维概述
1. 第一代电子计算机
特点
采用电子管作为逻辑开关元件; 存储器使用水银延迟线、静电存储管、磁鼓等; 外部设备采用纸带、卡片、磁带等; 使用机器语言,50年代中期开始使用汇编语言,但没有操作系统 体积庞大 、笨重 、耗电多、 可靠性差、 速度慢、 维护困难
典型机器
ENIAC、EDVAC、UNIVAC、 IBM 701、 IBM 650
按应用
通用计算机 (General Purpose Computer) 专用计算机 (Special Purpose Computer)
综合性能指标
巨型机 (Super Computer) 大型机 (Main Frame Computer) 小型机(MiniComputer) 微型机(MicroComputer) 工作站(Workstation) 服务器(Server) 网络计算机 (Net Computer)
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第1章 计算思维概述
现代计算机发展的杰出人物
图灵对现代计算机贡献:建立了图灵机的理论模型,发展了可计算 性理论;提出了定义机器智能的图灵测试。 冯·诺依曼贡献:建立现代计算机基本结构,即冯·诺依曼结构。
整个系统是由五大基本部件组成,即由运算器、控制器、存储器、输入设备、 输出设备组成; 采用二进制,使用机器语言,指令通过操作码来完成简单的 操作; 采用存储程序的思想,对计算进行集中的顺序控制。

唐常杰翻译的计算理论导引

唐常杰翻译的计算理论导引

内容 Chapters 0 - 8.3 (up to the PSPACE-completeness of TQBF)
27.02.2019 1
关于选择教材的体会
2001-2002 我们采用教材为: Lewis, Harry R., and Papadimitriou, Christos H., Elements of the Theory of Computation, 2nd ed. Prentice-Hall, 1997.
27.02.2019
27.02.2019 2

电子教案下载
电子教案可在下面三个网址 下载: 川大计算机学院: /~tangchangjie/teach/tang_teaching.htm 川大教师主页: /waim03/scu_cs/teach/tang_teching.htm 后两各地址 可能更新 及时一些。
2003-2006 采用 Sipser, Michael, Introduction to the Theory
of Computation. PWS Publishing Company, 1997. (Both first and second printing are okay.)
这两本书 是目前世界上主要大学采用最多的教材。 经验表明,如果学生数学基础好,用前者较好,如学生计算机 基础好,用后者更受学生欢迎。 目前欧美大学中计算机专业 用后者的大学越来越多。网上赞誉 甚多
四川大学计算机学院 可计算理论 课程说明和教学计划(2006.2-7)
学分3 时间 周学时 4 每周三 8:00-11:35 任课教师 唐常杰 地点 研 3-301
教材 Material: Michael Sipser (MIT)

计算理论导引习题答案

计算理论导引习题答案

当j≠0,uxz=0p1p-i#0p-j1p不在该语言中 当j=0,uvvxyyz中左侧的长度大于右侧,也不 再该语言中。
因此该语言不是上下文无关的
2){t1#t2##tk|k2,ti{a,b}*,且存在ij使得 ti=tj}。 令S=apbp#apbp,p为泵长度
三、完成下述操作
1.给出识别语言(01001010)*的NFA;
0
0
0,1
1 q0
1 q1
1 q2
q3
3){w|w含有子串0101};
1
0,1
0 q0
1 q1
0
q2
q3
1
q4
0
0
2. 写出下述语言的正则表达式。 1){w|w不含子串110}; (0∪10)*1* 2){w|w的长度不超过5}; ε∪∑∪∑∑∪∑∑∑∪∑∑∑∑∪∑∑∑∑∑ 3){w|w是除11和111外的任意串}; ε∪0∑*∪10 ∑*∪110 ∑*∪ 111 ∑ ∑*
ε ε
0
ε
1
q2
q3
q4
q5
ε
ε
q0
q1
ε
q6
0
ε q7
0
q8
q9
ε
1
q10
q11
ε
q12 0
q13 ε
1 q14
ε q15
0 q16
q17
ε
2.下面是一个识别语言M2={0i1j2k |i,j,k≥0 且i=j
或 i=k} 的PDA M2的状态图,请将此PDA转换为
CFG。
1,0->ε
2,ε->ε
3. 设集合T={0,1},用T中元素构造序列,最多 可构造( D )条序列。 A、1 B、 2 C、3 D、无穷 4. DFA和NFA的区别在于( A )。 A、两者的转移函数的值域不同 B、NFA能够识别的语言DFA不一定能够识别 C、DFA能够识别的语言NFA不一定能够识别 D、NFA比DFA多拥有一个栈

计算理论基础课件 IV

计算理论基础课件 IV

: ,a
:
0:a,
qinition of a Turing machine
TM‘s Notation
Basic TMs
Symbol-Writing & Head-Moving Ma=({s,h}, , , s, {h}) (s,b)=(h,a) where a {, } -{}; b-{} Abbreviation: Ma : a M: L M: R
:
q1
q q0 q0 q0 q1 q1 q1

(q, )

a
a

(q1, ) (h, ) (q0, ) (q0, a) (q0, ) (q1, )
4.1 Definition of a Turing machine
TM‘s state graph
0,a : M1=(K, , 0, , s, {h}) K={q1, q2, q3, q4, q5, qr, h} q5 ={0, a, } , a: : : 0={0} 0:a, 0: , q1 q2 q3 a: s=q1, 0: :
Part IV. Turing Machines
4.1 The definition of a Turing machine 4.2 Computing with Turing machines 4.3 Extension of Turing Machines 4.4 Nondeterministic Turing Machines 4.5 Nondeterministic TMs 4.6 General Grammars 4.7 Numerical Functions
4.1 Definition of a Turing machine

2010计算机导论Chapter4复习提纲

2010计算机导论Chapter4复习提纲

哈尔滨工业大学《计算机导论》课程复习提纲
任课教师:战德臣,聂兰顺
的且各组成要素之间是有关联的(内特性)。组成要素很多,可以仅描述与系统相关的组成要 素即可(复杂度)。 控制论基础:系统被区分为物理系统和控制系统。控制系统通常是计算系统,它接受来 自物理系统的数据及状态,进行决策并下达指令控制物理系统的运行(控制与被控)。 分解论基础:系统是复杂的,化解复杂为简单的办法就是分解,将系统分解为不同的部 分,各个击破。分解、再分解,直到清楚为止。 6.结构化方法的基本思想 结构化方法的基本思想是系统的外特性和内特性分离描述, 首先刻画外特性, 即系统的 边界和环境。外特性刻画清楚后,再刻画内特性,即系统的构成。 外特性的刻画方法如下,以功能或活动为中心,刻画功能的输入、输出、目标与控制和 支撑等;输入:从外界传到系统中的信息;输出:从系统中传到外界的信息;功能或活动: 被认为是将输入转换为输出的一种变换过程。一般,宏观层面称功能,而微观层面称活动。 目标与控制:功能应达到的目标,或者说,功能是在目标与控制的控制下执行。支撑:执行 功能或活动所需要的必要的支撑条件。 外特性刻画中将系统内部构成封装起来, 以屏蔽内部 细节对外特性描述的干扰。 内特性以单独的图来描述, 描述其功能分解、 每一子功能在该功能内的外特性及各个子 功能关系的描述。功能分解:上级功能被分解为若干个下级功能(被称为子功能),从逻辑上 这些子功能的集合应等价于该上级功能。 子功能外特性的描述: 描述每一个子功能的外特性。 子功能关系的描述:建立子功能之间的关系。可以认为:功能(内部构成)=子功能的集合+ 子功能外特性集合+子功能之间关系的集合。 如此自顶向下,逐级分解,便可由粗至细将一个复杂系统刻画清楚。 7. 结构化方法的基本原则 抽象原则: 抽象原则是一切系统科学方法都必须遵循的基本原则, 它注重把握系统的本 质内容而忽略与系统当前目标无关的内容, 即: 既能够理解细节, 同时又能从细节中跳出来。 模型化原则:抽象的结果需要通过模型来表达,尽可能采用非数学化模型(图示化模型) 和形式化模型来表达(后者要比前者严格) 。必要情况下,也可以数学化模型来表达。典型 的模型包括: 分解原则: 分解原则是结构化方法中最基本的原则, 它是一种先总体后局部的思想原则, 在构造信息系统模型时,它采用自顶向下分层解决的方法。 模块化原则: 模块化是结构化方法最基本分解原则的具体应用, 它主要出现在结构化设 计阶段中,其目标是将系统分解成具有特定功能的若干模块从而完成系统指定的各项功能。 等价性原则:上级功能和下级子功能在边界范围内的宏观意义上的等价性原则。 8.面向对象方法的基本思想 面向对象方法的基本思想: (1)确定系统的范围,识别出系统可能涉及的对象(类); (2)对每一个对象做如下的工作:识别该对象的所有状态;识别对象的状态转换及转换 条件和动作;识别该对象的所有可能的活动;识别该对象的数据存储与显示;识别该对象的 其他特性。 (3)对所有对象,按识别的内容建立相关的模型。 简单而言,以对象为中心, 逐一地独立地分析或设计每一对象的复习提纲

计算理论导引ppt课件

计算理论导引ppt课件
t=TRUE? Y N
end
s1sensor1 s2sensor2
d=1ands1=0ands2=0 N
Y d0
Y
d=0and(s2=1ors1=1ands2=1ors1=0ands2=0)
N
Y
d=1and(s1=1ors2=1ors1=1ands2=1)
N
Y
d=0ands1=1
N
d1
7
CHAPTER 2 COMPUTATIONAL MODELS(1)
front pad
rear pad
BOTH REAR NEITHER
CLOSED
FORNT NEITHER
FORNT BOTH REAR
OPEN
10
CHAPTER 2 COMPUTATIONAL MODELS(1)
front pad
rear pad
NEITHER CLOSED
FORNT REAR BOTH
Hoarwdwtoairmesp:letwmoenstenthsiosrsy; stem? one computer(only 1 bit memory), etc.
How about the software?
6
CHAPTER 2 COMPUTATIONAL MODELS(1)
satrt
tTRUE;d 0
16
}
CHAPTER 2
COMPUTATIONAL MODELS(1)
THEOREM 2.1 The class of regular languages is closed under the union operation. PROOF IDEA. A1=L(M1);A2=L(M2) A1A2=L(M3)?

唐常杰翻译的计算理论导引

唐常杰翻译的计算理论导引
the intersection A1 A2 , and the complement Ā1= *\A1 are not CF languages.
直观解释:PDA资源不够多,,记忆能力不够, 不能作复杂集合(如CFL)的减法
One proves this with specific examples of languages (see homework).
The problem lies in the informal notion of a description. Consider: { n | n>2,a,b,c: an+bn = cn } 费马问题,已解决,是空集
{ x | in year x the first female US president }
让历史告诉未来
{ x | x is “an easy to remember number” }
描述太含糊
We have to define what we mean by “description” and “method of deciding
可计算理论 2024/5/10
CS_Dept.Sichaun Univ.
让历史告诉未来
{ x | x is “an easy to remember number” }
描述太含糊
We have to define what we mean by “description” and “method of deciding”.
可计算理论 2024/5/10
CS_Dept.Sichaun Univ.
,{x| x mod 3 =0}
什么是操作系统 代表元:Windows, Unix
什么internet

计算理论导引总结分章节版

计算理论导引总结分章节版

定义概念题目:第三章:1. 图灵机:是一种精确的通用计算机模型,能模拟实际计算机的所有计算行为,它的核心是转移函数δ,它说明了机器如何从一个格局走到下一个格局。

对于图灵机,δ的形式如下:Q×Γ→Q×Γ{L,R},图灵机是一个7元组(Q,∑,Γ,δ,q 0,q accept,q reject).其中Q,∑,Γ都是有穷集合,并且1)Q是状态集;2)∑是输入字母表,不包括特殊空白符号凵,3)Γ是带字母表,其中凵∈Г,∑∈Г4)δ2. 格局:图灵机的计算过程中,当前状态,当前内容和读写头当前位置组合在一起。

例如:1011q701111:当前状态q7,当前读写头位置在第二个0上。

定义3.2 如果一个语言能被某一个图灵机识别,则称该语言是图灵可识别的(递归可枚举语言)定义3.2 如果一个语言能被某一个图灵机判定,则称该语言是图灵可判定的简称可判定的(递归语言)3.图灵机的变形:多带图灵机、非确定型图灵机、枚举器。

每个4.枚举器:他是图灵机的一种变形,是带有打印机的图灵机,图灵机把打印机当作输出设备,从而可以打印串,每当图灵机想在打印序列中增加一个串时,就把此串送到打印机。

一个语言是图灵可识别的,当且仅当有枚举器枚举它。

5.图灵机的术语:形式化描述,实现描述,高水平描述。

第四章:1.可判定的语言有:(A DFA、A NFA、A REX、E DFA、EQ DFA 是正则语言)、(A CFG、E CFG 是上下无关语言)❶每个上下文无关语言都是可判定的。

2.不可判定的语言有::EQ CFG、A TM 、停机问题、HALT TM 、E TM、REGULAR TM 、EQ TM 、 E LBA 、ALL CFG 、PCPA TM ={<M,ω>|M是TM,ω是串,M接受ω}是不可判定的。

证明:假设证A TM 是可判定的,下面将由之导出矛盾。

设H是A TM 的判定器。

令M是一个TM,ω是一个串。

计算机科学导论(第4版)习题答案-第5、6章

计算机科学导论(第4版)习题答案-第5、6章

第5章算法与复杂性习题一、选择题1. B2. D3. C4. A5. B6. B7. D8.B9.C 10.A11.A 12.C 13.A 14.A二、简答题1.什么是算法,算法的特性有哪些?答:“算法(Algorithm)是一组明确的、可以执行的步骤的有序集合,它在有限的时间内终止并产生结果”。

算法的特性有:(1) 有穷性(可终止性):一个算法必须在有限个操作步骤内以及合理的有限时间内执行完成。

(2) 确定性:算法中的每一个操作步骤都必须有明确的含义,不允许存在二义性。

(3) 有效性(可执行性):算法中描述的操作步骤都是可执行的,并能最终得到确定的结果。

(4) 输入及输出:一个算法应该有零个或多个输入数据、有1个或多个输出数据。

2.什么是算法的时间复杂度和空间复杂度,如何表示?答:时间复杂度是与求解问题规模、算法输入相关的函数,该函数表示算法运行所花费的时间。

记为,T(n),其中,n代表求解问题的规模。

算法的空间复杂度(Space complexity)度量算法的空间复杂性、即执行算法的程序在计算机中运行所占用空间的大小。

简单讲,空间复杂度也是与求解问题规模、算法输入相关的函数。

记为,S(n),其中,n代表求解问题的规模。

时间复杂度和空间复杂度同样,引入符号“O”来表示T(n)、S(n)与求解问题规模n之间的数量级关系。

3.用图示法表示语言处理的过程。

答:语言处理的过程如图所示:4.简述算法设计的策略。

答:作为实现计算机程序实现时解决问题的方法,算法研究的内容是解决问题的方法,而不是计算机程序的本身。

一个优秀的算法可以运行在比较慢的计算机上,但一个劣质的算法在一台性能很强的计算机上也不一定能满足应用的需要,因此,在计算机程序设计中,算法设计往往处于核心地位。

要想充分理解算法并有效地应用于实际问题,关键是对算法的分析。

通常可以利用实验对比分析、数学方法来分析算法。

实验对比分析很简单,两个算法相互比较,它们都能解决同一问题,在相同环境下,一般就会认为哪个算法的速度快这个算法性能更好。

计算方法引论第四版课程设计

计算方法引论第四版课程设计

计算方法引论第四版课程设计概述计算方法是科学计算的基础,广泛应用于科学、工程、金融、医学等各领域。

本课程设计旨在通过实际案例对计算方法的应用进行探究,提高学生对计算方法的理解和应用能力。

课程设计内容设计目标通过本课程设计,使学生:1.掌握计算方法的数学原理和基本算法;2.学会使用计算方法解决实际问题;3.培养自主思考和创新能力。

设计要求1.学生需要使用 Matlab 编写代码并进行模拟实验;2.课程设计分组进行,每组学生自行选题并进行独立研究;3.学生需要提交完整的课程设计报告,包括理论分析、实验过程、结果分析、结论等部分;4.学生需要在汇报时进行课程设计成果的展示,展示形式不限。

选题范围1.数值积分2.常微分方程数值解3.有限差分法4.迭代法5.插值法6.曲线拟合7.数值优化8.矩阵计算9.流体力学数值模拟10.其他相关数值计算方法实验要求1.研究对象必须为实际问题或者现有研究问题,不能是极为简单的数学问题;2.课程设计成果需要展示研究问题的解决方案及其优缺点;3.学生需要在报告中反思课程设计过程,包括遇到的问题及其解决办法。

课程设计流程1.学生分组提交选题申请及初步理论研究报告;2.批准选题后,学生开展实验研究及代码编写;3.学生提交中期报告,包含实验的理论分析、过程及结果展示;4.学生提交最终报告,并进行展示。

成绩评定1.实验报告占总成绩的 50%;2.实验展示占总成绩的 30%;3.课程设计报告占总成绩的 20%。

总结本课程设计采用分组进行,通过学生自选研究题目,增强学生自主学习和动手能力。

同时,在实验过程中学生需要同步进行理论分析,培养学生综合运用知识的能力。

针对不同的实验内容,给出了评分细则,保证了成果的完整性和研究的深度。

此课程设计有利于培养学生的实践能力和学术素养,是一项非常有意义的教学活动。

计算理论导引pdf

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计算理论导引pdf《计算理论导引》是一本介绍计算理论相关知识的教材,是计算机科学和信息技术领域的基础课程之一、本书通过系统地介绍算法、自动机理论、图灵机模型等内容,旨在帮助读者全面了解计算理论的基础知识和方法,并培养读者的逻辑思维和问题解决能力。

这本教材共分为七章,每一章都涵盖了计算理论中的重要概念和理论。

以下是每章的主要内容:第一章介绍了计算理论的概述和基本概念。

通过介绍计算过程、可计算性和自动性等概念,读者可以了解计算理论的研究范畴以及相关的理论框架。

第二章主要讨论了算法和计算复杂性理论。

其中包括最优算法、计算问题的可解性和复杂性,介绍了P类、NP类、NP完全问题等概念,以及计算问题的近似算法。

第三章介绍了自动机理论和形式语言。

其中包括有限自动机、正则语言、上下文无关语言等内容,以及它们在编译原理和自然语言处理中的应用。

第四章讨论了图灵机模型和可计算函数的理论。

通过介绍图灵机的定义和性质,以及可计算函数的概念和分类,读者可以了解计算机科学中最基本的计算模型和计算能力的限制。

第五章介绍了算术和逻辑的可计算性。

其中包括使用图灵机模型证明加法和乘法的可计算性,以及哥德尔不完备定理等内容,旨在帮助读者了解数学和逻辑在计算理论中的重要作用。

第六章讨论了计算的可验证性和可证明性。

其中包括证明系统、不可判定问题和可证明性形式语言等内容,引导读者理解计算理论中证明和验证的概念以及相关的理论。

第七章介绍了复杂性理论和计算复杂性的研究。

其中包括计算问题的难度分类、NP完全性、多项式时间归约等内容,以及复杂性理论在实际问题中的应用和意义。

《计算理论导引》是一本较为全面的教材,适合计算机科学和信息技术相关专业的本科生和研究生学习。

通过阅读本书,读者可以了解计算理论的基本概念和理论,掌握相关的方法和技术,并进一步深入研究计算理论领域的前沿问题。

计算理论导引可计算理论的高级专题PPT课件

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命题1称,有无限多个素数存在,在大约2300年以前的欧几里德时代,就已知道 这个命题是真的。 命题2称为费马大定理,这个命题几年前由安德鲁·威尔士(Andrew Wiles)证明为 真。 命题3称,有无限多个素数对存在,这被称为孪生素数猜想(twin prime conjecture)。它到现在还未被解决。
现在介绍判定 Th(N,+) 的算法。对于输入∮ (其中∮为句子),算法如下运 行:写下∮,且对从 0 到 l 的每个 i,如同在证明思路中介绍的那样定义∮i 。 再对每个这样的i,由∮i构造有穷自动机Ai,使得只要∮i(a1, …,ai)为真,它 就接受i*上对应于i元组a1, …, ai 的串。Ai 的构造如下:
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逻辑理论的可判定性 为了将之进一步精确化,现在描述这个语言的字母表:
{, , , (, ), , x, , R1, , Rk}
符号∧,∨,┐称为布尔运算;“(”和“)”是括号;符号 和 是量词;符号x用来代表变元;符号R1,… ,Rk 称为关系。
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公式
• 公式是字母表上的良构串。 • 形如 Ri (x1, x2, … , xj) 的串是原子公式,值 j 是关系符号 Ri的元数。 • 一个良构公式中所有出现的相同关系符号必须有相同的元数。 • 一个串∮如满足一下条件,则是一个公式:
构造有限自动机:{ (x1, x2, x3) | x1+x2=x1+x3 } 然后构造NFA:{ (x1, x2) | x3 x1+x2=x1+x3 } 同样:{ (x1) | x2x3 x1+x2=x1+x3 }… 为真时,得到 {()},为假时得到。
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计算理论(哈工大 第四章)

计算理论(哈工大 第四章)

P 例1. 对于递归语言A, A T A.
x
求解问题A “xA”?
yes no
yes no
求解问题A“xA”
带神喻的确定图灵机
• 带神喻的确定图灵机(oracle DTM)

神喻就是子程序 神喻分为两类

函数神喻:子程序是计算函数 集合神喻:子程序是判定集合成员关系的 带函数神喻的DTM 带集合神喻的DTM
Chapter Four
多项式时间分层
李建中 海量数据计算研究中心 计算机科学与技 4.4 4.5 4.6 多项式图灵规约 非确定型神喻TM 多项式时间分层 PH中的完全问题 交换图灵机 Pspace-完全问题
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
定义7. 1. 对于函数g和f, 如果存在多项式时间神谕DTM使 P 得 g T f, 则称 g 多项式时间图灵归约到 f, 记为 g T f.
P 2. 对于集合B和A, BT A, 则称B多项式时间图灵归 P 约到A, 记为BT A, 也称B相对于A多项式时间可计算.
Oracle DTM 的时间复杂性类 1. PA={L | 神喻为A的多项式时间神谕DTM接受L}; 2. P= A PA.
Oracle TM
with oracle f
Query tape
y
f(y)
Query state
q? :请求计算f(y) qa :完成计算f(y)
Remark: We don' t need to know how to compute f(x).
• 带函数神喻DTM的构造


带函数神喻DTM的工作原理
pn
构造接受A的以C为神喻的NC如下:
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4. q1 is the start state, 5. F={q2}. how °{1}*°{0}∪ ∪ by ° ∪°∗ {0}*°{1}to describe A {1})°{1}*∪ {0}*°operations?(∪,°,∗) 0*11*0(0∪1)1*∪0*11* the regular°{1}°{1}* ∪ °({0}∪ ∪ °
CHAPTER 2 COMPUTATIONAL MODELS(3)
A={w|w contains at least one 1 and even number of 0s follow the last 1}
0 1 0,1 q1 1 q2 0 q3
1.Q ={q1, q2, q3}, 2. Σ ={0,1}, 3. δ is desribed as 0 1 q1 q1 q2 q2 q3 q2 q3 q2 q2
CHAPTER 2 COMPUTATIONAL MODELS(3)
•Regular Expressions FORMAL DEFINITION OF A REGULAR EXPRESSION Say that R is a regular expression if R is 1.a for some a in the alphabet Σ, 2.ε, 3. ∅, 4.(R1∪R2), where R1 and R2 are regular expressions, 5.(R1°R2), where R1 and R2 are regular expressions,or * 6.(R1), where R1 is a regular expression.
CHAPTER 2 COMPUTATIONAL MODELS(3)
PROOF IDEA M=(Q, Σ, δ, q1,F), A=L(M), p is the number of states of M, s=s1s2…sn is a string in A of length n ,where n≥p. r1,…,rn+1 is sequence of states that M enters while computing s. So, n+1>p. In r1,…,rp+1, there must be a special state which occurs twice. r1,…, rj ,…, rk ,…, rp+1,…,rn+1, where rj=rk, j≠k and k≤p+1. x=s1…sj-1, y=sj…sk-1, z=sk…sn. y z x r1→ rj, rj→rk, rk→rn+1. When i=0, for s1…sj-1sk…sn=xz there is r1,…,rk ,…, rp+1,…,rn+1. When i>0, for s1…sj-1sj…sk-1…sj…sk-1sk…sn=xy iz.
CHAPTER 2 COMPUTATIONAL MODELS(3)
0*1 1* ε 0 ∪ 0*11* ∪ 0*11*0 (0∪1) 1* ε qs 1 ε q2 1 0 0∪1 ∪ q3 (0∪1)1* ε ∪
qs
q1
ε0*1 0*11* 0
CHAPTER 2 COMPUTATIONAL MODELS(3)
a sequence of states q0,q1, … ,qk exists such that 1.q0=qstart is the start state, 2.qk=qaccept is the accept state,and 3.for each i, we have wi∈L(Ri), where Ri=δ(qi-1,qi). ∈
ε qs ε q1 1 q2 0 0∪1 ∪ q3
CHAPTER 2 COMPUTATIONAL MODELS(3)
A GNFA accept a string w in Σ* if w=w1w2…wk, where each wi is in Σ* and a sequence of states q0,q1, … ,qk exists such that 1.q0=qstart is the start state, 2.qk=qaccept is the accept state,and 3.for each i, we have wi∈L(Ri), where Ri=δ(qi-1,qi). CONVERT(G): 1.Let k be the number of states of G. 2.If k=2, then Q must consist of a start state, an accept state, and a single arrow connecting them and labeled with a regular expression R. Return the expression. 3.If k>2,we select any state qdrip∈Q different from qstart and qaccept and let G’ be the GNFA (Q’, Σ, δ’ qstart,qaccept ) δ’(qi,qj)=(R1)(R2)*(R3)∪(R4),for R1= δ(qi,qdrip), R2= δ(qdrip,qdrip) ∪ R3=δ(qdrip,qj), R4= δ(qi,qj). pute CONVERT(G’) and return this value.
CHAPTER 2 COMPUTATIONAL MODELS(3)
CLAIM 2.1 For any GNFA G,CONVERT(G) is equivalent to G. PROOF IDEA 1. For any GNFA G(Q, Σ, δ, qstart,qaccept), if |Σ|=2, then CONVERT(G) is equivalent to G obviously ; 2. Assume that the claim is true for G with |Σ|=k-1; Let G’ is a GNFA converted from G by CONVERT(G) and |G’|=k 1, so for G’ the claim is true. If we can prove that G is equivalent to G’, then the claim is also true for G with |Σ|=k. So we should prove that any string w=w1w2…wk accepted by … G can also be accepted by G’, vice versa.
•NONREGULAR LANGUAGES Σ={0,1} C={w|w has an equal number of 0s and 1s} D={w|w has an equal number of occurrences 01 and 10 as substrings} THEOREM 2.7 Pumping lemma If A is a regular language, then there is a number p (the pumping length) where, if s is any string in A of length at least p, then s may be divide into three pieces, s=xyz, satisfy the following conditions: 1.For each i ≥0, xy iz∈A ∈ 2.|y|>0, and 3.|xy|≤p. ≤
y i y
there is r1,…, rj,…,rk,…,rj,…,rk,…,rp+1,…,rn+1 . As j≠k and k≤p+1,so |y|>0, |xy| ≤p.
CHAPTER 2 COMPUTATIONAL MODELS(3)
Σ={0,1} B={0n1n|n≥0} ≥ p: the p pumping length p S= 0 1 =xyz 1.When y consists only of 0s, xyyz will have more 0s than 1s; 2.When y consists only of 1s, xyyz will have more 1s than 0s; 3. When y consists of both0s and 1s, xyyz will have the incorrect order of 1s and 0s; Σ={0,1} C={w|w has an equal number of 0s and 1s} p=? s=?
CHAPTER 2 COMPUTATIONAL MODELS(3)
Precedence: *,°,∪ °∪ + R=RR* Rk L(R) Σ={0,1} A={w|w contains a single 1}= L(0*10*) A={w|w has at last one 1}= L(Σ*1Σ*) Σ Σ A={w|w contains the string 001 as substring 1}=L(Σ*001Σ*) Σ Σ A={w|every 0 in w is followed by at last one 1 }= L((01+)*) A={w|w is a string of even length}=L((ΣΣ ΣΣ)*) ΣΣ A={w|the length of w is a multiple of three}=L((ΣΣΣ ΣΣΣ)*) ΣΣΣ A={01,10}=L(01∪10) ∪ Σ ∪ Σ A={w|w starts and ends with the same symbol}= L(0Σ*0∪1Σ* 1∪0∪1) ∪ ∪ (0∪ε ∪ε)1*=01*∪1*,L((0∪ε ∪ε ∪ε)(1∪ε ∪ε ∪ ∪ε ∪ε))={ε,0,1,01},L(1*∅)= ∅, L(∅*)={ε} ε ∅ ∅ ε
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