105
правок
Изменения
Нет описания правки
* <tex>\delta : S^{n+1} \rightarrow S</tex> {{---}} функция перехода для <tex>A</tex>.
}}
{{Определение|definition=
'''Линейным клеточным автоматом''' (ЛКА) называется одномерный клеточный автомат, окрестность каждой клетки которого состоит из <tex>2 \cdot r + 1</tex> клеток,
находящихся на расстоянии не более <tex>r</tex> от данной.
}}
{{Определение|definition=
'''Состоянием покоя''' (quiescent state) называется такое состояние автомата <tex>q_0</tex>клетки, что если автомат перешел клетка и все ее соседи находятся в состояние <tex>q_0</tex>состояниях покоя, то на следующем шаге он также будет находиться они в состоянии <tex>q_0</tex>них останутся.
}}
{{Определение|definition=
'''Спокойной клеткой''' (quiescent cell) назовем клетку, автомат в которой перешел в состояние покоя.
}}
{{Определение|definition=
'''Конфигурацией''' (configuraton) <tex>c_i</tex> КА называется распределение состояний автоматов по клеточному пространству, где <tex>i</tex>--- шаг, после которого была получена конфигурация.
Начальная конфиграция---<tex>c_0</tex>.
}}
{{Определение|definition=
'''Поддержкой''' (support) конфигурации <tex>c</tex> называется множество неспокойных клеток в ней. Обозначается <tex>sup(c)</tex>.
}}
==Другое определение линейного клеточного автомата==
{{Определение|definition=
вектор из состояний автоматов в клетках с <tex>i - r</tex> по <tex>i + r</tex> включительно.
}}
{{УтверждениеЛемма
|statement=Для любого ЛКА можно построить эквивалентный ему ЛКА, во всех клетках которого будет записан один и тот же автомат.
|proof=Так как окрестность каждой клетки конечна и размер автомата в клетке конечен, то всего существует конечное число автоматов. Обозначим их множество как <tex>D</tex>. Построим автомат <tex>B</tex> следующим образом: множеством вершин <tex>B</tex> будет объединение множеств вершин автоматов из <tex>D</tex>, переходы между вершинами <tex>u</tex> и <tex>v</tex> будет совпадать с переходами <tex>D_i</tex>, если <tex>u</tex> и <tex>v</tex> соответствуют вершинам из <tex>D_i</tex>, иначе переход отсутствует. Начальным состоянием автомата будет состояние,соответствующее начальному состоянию автомата <tex>D_k</tex>, который был записан в текущей клетке. Очевидно, что поведение такого автомата будет совпадать с поведением <tex>D_k</tex>.
==Эквивалентность линейного клеточного автомата машине Тьюринга==
{{ЛеммаТеорема
|statement=
Для произвольной (m, n) машины Тьюринга <tex>T</tex> существует двумерный КА с окрестностью из семи клеток и клеточным пространством <tex>Z_T</tex> с <tex>max(n + 1, m + 1)</tex> состояниями, симулирующий ее в реальном времени.
[[Изображение:Neighbourhood.jpg|thumb|right|comment|Рис. 1. Окрестность клетки]] Каждая клетка <tex>Z_T</tex> обладает множеством <tex>Q</tex> из <tex>M = max(n + 1, m + 1)</tex> состояний. Без потери общности, будем считать, что <tex>Q = \{ 0, 1, \dots , M - 1\}</tex>, так что <tex>(i + 1)</tex> будет сопоставляться символу <tex>x_i</tex> машины Тьюринга при <tex>0 \le i \le m - 1</tex>, а состояние <tex>(j + 1)</tex> будет соответствовать состоянию <tex>q_j</tex> машины Тьюринга при <tex>0 \le j \le n - 1</tex>. Ноль является состоянием покоя <tex>Z_T</tex> и не будет соответствовать символам и состояниям машины Тьюринга. Окрестность построим таким образом, чтобы выделять клетку, состояние которой <tex>Q_1 \in A = \{ 1, 2, \dots, m\}</tex> будет соответствовать символу машины Тьюринга из клетки, состояние которой <tex>Q_2 \in B = \{ 1, 2, \dots, n\}</tex> соответствует состоянию машины Тьюринга (окрестность клетки в таком КА показана на Рис. 1).
Таким образом, <tex>Z_T</tex> симулирует машину Тьюринга, используя конфигурацию, в которой оно <tex>"</tex>выглядит как<tex>"</tex> машина Тьюринга. Один ряд клеток в <tex>Z_T</tex> представляет из себя ленту машины Тьюринга - одна клетка <tex>Z_T</tex> для каждой клетки ленты, а одна клетка из соседнего ряда будет соответствовать головке МТ, и в каждый момент времени автомат будет выглядеть так, как показано на рисунке ниже. Клетки <tex>a</tex> и <tex>b</tex> всегда указывают на клетки слева и справа от головки <tex>h</tex> соответственно. Все остальные символы используются для хранения состояний: <tex>S_k \in A</tex> обозначает состояние клетки ленты на расстоянии <tex>|k|</tex> от головки по направлению знака индекса, <tex>P \in B</tex> обозначает состояние головки. Клетки справа и слева от головки обозначим <tex>C_R</tex> и <tex> C_L</tex>, которые будут определять правый или левый конец использованной ленты. Все клетки кроме <tex>h</tex> и клеток ленты будут находится в состоянии покоя ноль. Таким образом, при симуляции головка <tex>h</tex> будет двигаться, повторяя поведение головки соответствующей МТ, при этом менять состояние будут только клетки <tex>a, h, b, C_R, C_L</tex>, для которых необходимо определить функции перехода. Обозначим для них функцию перехода: если <tex>x_u, q_v</tex> - символ на ленте и состояние МТ, то переход будет иметь вид <tex>(x_u, q_v) = {x_p}X/q_q</tex>, где <tex>X</tex> - сдвиг влево <tex>L</tex> или вправо <tex>R</tex>. Состояния <tex>C_L</tex> и <tex>C_R</tex> необходимы для решения проблемы конца ленты: в общем случае машина Тьюринга работает с бесконечной лентой, в то время как поддержка начальной конфигурации построенного автомата конечна, и в некоторый момент пустые состояния закончатся. Чтобы этого не произошло, введены <tex>C_L</tex> и <tex>C_R</tex>, которые переводят спокойные клетки в состояния, соответствующие пустым символам ленты МТ.
}}
[[Изображение:Tape.jpg|640px|thumb|center|Рис. 2. Эмуляция ленты МТ в КА]]
Функция перехода имеет следующий вид:
[[Изображение:Transit.jpg|640px|thumb|center|Рис. 3. Функция перехода]]
Также определим в каждой клетке состояние <tex>w</tex>, соответствующее начальному состоянию МТ. Перед началом эмуляции клетки ленты переведем в состояния, эквивалентные входным символам, клетку над самой левой непустой клеткой ленты переведем в состояние <tex>w</tex>, которая будет соответствовать начальному положению головки. Тогда клетки ленты будут менять свои состояние так же, как лента МТ.
