CSCI3130 T07 · Part 2 双带偶回文
课程:CSCI3130 · 2025T1 本讲:第2部分 / 共4部分 · T07-2025T1.pdf(本地课件) p.5–7 定位:逐边核查原双带图并修正比较方向,接受非空偶回文。 前后:上一份 Part 1 · 下一份 Part 3 承接:#L10-05 多带图灵机、#L09-02 停机与不接受
形式定义与配对策略(p.5–6)【已会】
p.5为Problem 2导航。
题面块(T07 · Problem 2 · PDF p.6;公式按讲义重排):
p.6 Give a formal definition of a two-tape Turing machine; then write programs (Transition Graph or Transition Function) that accept the languages . Assume that and that the input is initially all on tape 1.
双带机使用两个读写头,转移按 ,方向各为L/R/S;其余有限控制、字母表、初态和终态含义与单带同。带1初始为输入,带2空白,各头在约定起始格。S可由标准动作模拟,不增加能力。
原解每轮标记最左未处理字母为A/B,再将最右未处理字母擦掉并写到带2,带2头向左移。如此带1保存左半,带2最终从左到右保存原右半,随后沿图与相应恢复的左半比较。需要特别留意写入顺序与磁带空间顺序相反;不能只说“把右半倒着取出”就认定磁带上也是倒序。
形式上可写 (允许部分定义时未定义即停机拒绝)。一个配置要同时给两条带的内容、两个头位置与同一个控制状态;只写一条带的头位置不够定义此模型。
原状态图的全部转移与实际检验(p.7)
图(p.7):初态q0,唯一终态q7,状态q0至q7。边标签以两带各自“读;写,方向”并列。以下用□为空白,将原图全部边转成表;s∈{a,b},大写S是s对应标记A/B,未列者无动作。
| 起止 | 带1动作 | 带2动作 |
|---|---|---|
| q0→q1 | s→S,R | □→□,S |
| q1→q1 | s→s,R | □→□,S |
| q1→q2 | □→□,L | □→□,S |
| q2→q3 | s→□,L | □→s,L |
| q3→q4 | s→s,L | □→□,S |
| q4→q4 | s→s,L | □→□,S |
| q4→q0 | S→S,R | □→□,S |
| q3→q5 | S→s,L | □→□,S |
| q5→q5 | S→s,L | □→□,S |
| q5→q6 | □→□,R | □→□,R |
| q6→q6 | s→s,R | s→s,R(两带同一s) |
| q6→q7 | □→□,R | □→□,R |
看什么:q6同向比较两带,而前段分割将右半按原顺序留在带2。因此这份原图实际检查的是两个相同半串,不是题目要求的反转半串。 输入abab:先标A并取尾b到带2,下一轮标B并取a写到其左,带1恢复为ab,带2为ab,于是接受;但abab不是非空偶回文。abba则恢复出ab/ba,在q6第一格不同而拒绝。原页p.6文字中“in a reverse order”不能消除具体头移动造成的这一问题。
补充(沿原图最小修正):保留q0至q5的分割。q5已把带1头移到左边空白、带2头在右半副本左边空白。先让带1右移到左半首格;带2右移扫描至副本右侧空白,再左移一格。之后比较时带1向右、带2向左,同字符才继续;带1到右侧空白且带2到左侧空白时接受。这恰检查左半正向与右半反向相同。以下三种状态给出替换q5出口后的完整尾部,带1符号u在扫描带2时保持不动:
| 起止 | 条件与动作 |
|---|---|
| q5→r | 两头读□:带1保持□并R,带2保持□并R |
| r→r | 带2读a/b:两带均原样写,带1S、带2R |
| r→c | 带2读□:原样写,带1S、带2L |
| c→c | 两带同为a或同为b:原样写,带1R、带2L |
| c→q7 | 两带同为□:原样写,均S |
其余情况拒绝。输入aa按修正后比较a/a接受;abba比较a/a、b/b接受;abab首个比较a/b拒绝。奇数长度在某轮q2读到大写标记而无动作,拒绝;空串在q0无动作,拒绝,符合w非空。每轮消去两个未处理字符,初始化/扫描有限,最后比较有限,故总停机。
这是原图的完整核对及修正构造,不把印刷图当已验证正确答案。
给两条带各标一组坐标(补充)
设输入长2n,带1从位置0开始存放 ,带2初头也在0。第 k 轮取出的右端字符是 ,写在带2位置 。因此分割完成后,带2从左到右的非空区 依次是 ,不是反序。这一坐标等式解释了原图问题,避免仅凭“取出的时间顺序”猜测磁带上的空间顺序。
修正尾部先把带2头移到0,再反向比较。第 j 次比较(j 从0计)前,带1头在 j、带2头在 −j;比较的正是 与 。通过 n 次后,两头分别到 n 与 −n,两处都是空白,且此前每对都相同,故原串是非空偶回文。若有任何不同,比较态没有转移,直接拒绝。分割成功已保证两半等长,因此不需要在比较时重新猜中点。
自检:为什么输入 aba 不能把中心 a 同时当成左右两边?
最后一轮先标左端,再到右端取字符;中心格此时是什么符号?
展开推理与答案
中心 a 已被标成 A,q2 只对小写 a/b 有取尾转移,所以在 A 上卡住并拒绝。不能另外加一个跳过中心的动作,否则目标会扩展成允许奇数长度的回文。
本讲核心考点
- 双带图要核对空间次序与读头方向,奇数和空串需拒绝(p.5–7,C 级)。
附录
正文包含本辅导原题的完整推导;图像页已目视核对,不采用手写作答作答案依据。
来源与证据
历史版本考试证据(本次未重新读取全部试卷):读了 HW01-2025T1-题目.pdf、HW01-2026T1-题目.pdf、HW02-2025T1-题目-更新.pdf、HW03-2025T1-题目.pdf、HW04-2025T1-题目.pdf、HW05-2025T1-题目.pdf、期中练习-含解答-学期待核.pdf、期末-2022T1-资料包.pdf、Final-Exam-2023T1-题目.pdf、Final-Exam-2024T1-题目.pdf、Final-Exam-2025T1-题目.pdf、期末-2023T1-资料包.pdf、期末-2024未核-资料包.pdf;未识别用途的 PDF:无
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原件:T07-2025T1.pdf(本地课件),PDF p.5–7。
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本次独立学习修订:核对对应辅导原件全部文本与本篇题面,保留完整规则、转移与证明。视觉复核物理页7、10的全部转移。