Русская Энциклопедия

Алгоритм

В математике и информатике, алгоритм является отдельным постепенным набором операций, которые будут выполнены. Алгоритмы существуют, которые выполняют вычисление, обработку данных и автоматизированное рассуждение.

Алгоритм - эффективный метод, который может быть выражен в пределах конечной суммы пространства и времени и на четко определенном формальном языке для вычисления функции. Начинаясь с начального состояния и начального входа (возможно, пустой), инструкции описывают вычисление, которое, когда выполнено, продолжается через конечное число четко определенных последовательных государств, в конечном счете производя «продукцию» и заканчиваясь в заключительном состоянии окончания. Переход от одного государства до следующего не обязательно детерминирован; некоторые алгоритмы, известные как рандомизированные алгоритмы, включают случайный вход.

Понятие алгоритма существовало в течение многих веков, однако частичная формализация того, что стало бы современным алгоритмом, начался с попыток решить Entscheidungsproblem («проблема решения») изложенный Дэвидом Хилбертом в 1928. Последующие формализации были созданы как попытки определить «эффективную исчислимость» или «эффективный метод»; те формализации включали Гёделя-Эрбрана-Клини рекурсивные функции 1930, 1934 и 1935, исчисление лямбды церкви Алонзо 1936, «Формулировка Эмиля Поста 1» 1936 и машин Тьюринга Алана Тьюринга 1936–7 и 1939. Предоставление формального определения алгоритмов, соответствие интуитивному понятию, остаются сложной проблемой.

Происхождение Word

'Алгоритм' происходит от названия латинского перевода книги, написанной al-Khwārizmī, персидским математиком, астрономом и географом. Аль-Хваризми написал книгу, названную На Вычислении с индуистскими Цифрами в приблизительно 825 н. э., и был преимущественно ответственен за распространение индийской системы исчисления всюду по Ближнему Востоку и Европе. Это было переведено на латынь как Algoritmi de numero Indorum (на английском языке, «Аль-Хваризми на индуистском Искусстве Счета»). Термин «Algoritmi» в названии книги привел к термину «алгоритм».

Неофициальное определение

Неофициальное определение могло быть «рядом правил, который точно определяет последовательность операций». который включал бы все компьютерные программы, включая программы, которые не выполняют числовые вычисления. Обычно программа - только алгоритм, если это останавливается в конечном счете.

Формирующий прототип пример алгоритма - алгоритм Евклида, чтобы определить максимальный общий делитель двух целых чисел; пример (есть другие), описан блок-схемой выше и как пример в более поздней секции.

предложите неофициальное значение слова в следующей цитате:

«Счетным образом бесконечный набор» является тем, элементы которого могут быть помещены в непосредственную корреспонденцию целым числам. Таким образом Булос и Джеффри говорят, что алгоритм подразумевает инструкции для процесса, который «создает» целые числа продукции из произвольного «входного» целого числа или целых чисел, которые, в теории, могут быть произвольно большими. Таким образом алгоритм может быть алгебраическим уравнением, таким как y = m + n — две произвольных «входных переменные» m и n, которые производят продукцию y. Но попытки различных авторов определить понятие указывают, что слово подразумевает намного больше, чем это, что-то на заказе (для дополнительного примера):

Инструкции по:Precise (на языке, понятом под «компьютером») для быстрого, эффективного, «хорошего» процесса, который определяет «шаги» «компьютера» (машина или человек, снабженный необходимой внутренне содержавшей информацией и возможностями), чтобы найти, расшифровывают, и затем обрабатывают произвольные входные целые числа/символы m и n, символы + и =... и «эффективно» производят, в «разумное» время, целое число продукции y в указанном месте и в указанном формате.

Понятие алгоритма также используется, чтобы определить понятие разрешимости. То понятие центральное для объяснения, как формальные системы возникают, начинаясь с маленького набора аксиом и правил. В логике не может быть измерено время, когда алгоритм требует, чтобы закончить, поскольку это очевидно не связано с нашим обычным физическим аспектом. От такой неуверенности, которая характеризует продолжающуюся работу, останавливает отсутствие определения алгоритма, который удовлетворяет обоим бетонам (в некотором смысле) и абстрактное использование термина.

Формализация

Алгоритмы важны для способа, которым компьютеры обрабатывают данные. Много компьютерных программ содержат алгоритмы, которые подробно излагают особые указания, которые компьютер должен выполнить (в определенном заказе), чтобы выполнить указанную задачу, такую как вычисление зарплат сотрудников или печать табелей успеваемости студентов. Таким образом алгоритм, как могут полагать, является любой последовательностью операций, которые могут быть моделированы Turing-полной-системой. Авторы, которые утверждают этот тезис, включают Minsky (1967), Дикарь (1987) и Гуревич (2000):

Как правило, когда алгоритм связан с обработкой информации, данные прочитаны из входного источника, написанного устройству вывода, и/или сохранили для последующей обработки. Хранившие данные расценены как часть внутреннего состояния предприятия, выполняющего алгоритм. На практике государство сохранено в одной или более структурах данных.

Для некоторого такого вычислительного процесса должен быть строго определен алгоритм: определенный в пути это применяется при всех возможных обстоятельствах, которые могли возникнуть. Таким образом, с любыми условными шагами нужно систематически иметь дело, индивидуальный; критерии каждого случая должны быть ясными (и вычислимыми).

Поскольку алгоритм - точный список точных шагов, заказ вычисления всегда важен по отношению к функционированию алгоритма. Инструкции, как обычно предполагается, перечислены явно и описаны как начинающийся «с вершины» и идущий «вниз в основание», идея, которая описана более формально потоком контроля.

До сих пор это обсуждение формализации алгоритма приняло помещение обязательного программирования. Это - наиболее распространенная концепция, и она пытается описать задачу в дискретном, «механическое» означает. Уникальный для этой концепции формализованных алгоритмов операция по назначению, устанавливая ценность переменной. Это происходит из интуиции «памяти» как электронный блокнот. Есть пример ниже такого назначения.

Для некоторых дополнительных концепций того, что составляет алгоритм, посмотрите функциональное программирование и логическое программирование.

Выражение алгоритмов

Алгоритмы могут быть выражены во многих видах примечания, включая естественные языки, псевдокодекс, блок-схемы, drakon-диаграммы, языки программирования или столы контроля (обработанный переводчиками). Выражения естественного языка алгоритмов имеют тенденцию быть многословными и неоднозначными, и редко используются для сложных или технических алгоритмов. Псевдокодекс, блок-схемы, drakon-диаграммы и таблицы контроля - структурированные способы выразить алгоритмы, которые избегают многих двусмысленностей, распространенных в заявлениях естественного языка. Языки программирования прежде всего предназначены для выражения алгоритмов в форме, которая может быть выполнена компьютером, но часто используется в качестве способа определить или зарегистрировать алгоритмы.

Есть большое разнообразие возможных представлений, и можно выразить данную машинную программу Тьюринга как ряд машинных столов (см. больше в конечном автомате, столе изменения состояния и управляйте столом), как блок-схемы и drakon-диаграммы (см. больше в диаграмме состояния), или как форма элементарного машинного кода или кодекса собрания, названного «наборы четверок» (см. больше в машине Тьюринга).

Представления алгоритмов могут быть классифицированы на три принятых уровня машинного описания Тьюринга:

1 описание Высокого уровня

: «... проза, чтобы описать алгоритм, игнорируя детали внедрения. На этом уровне мы не должны упоминать, как машина управляет своей лентой или головой».

2 описания Внедрения

: «... проза раньше определяла способ, которым машина Тьюринга использует свою голову и способ, которым это хранит данные на своей ленте. На этом уровне мы не сообщаем подробности государств или функции перехода».

3 Формальных описания

: Самый подробный, «самый низкий уровень», дает машина Тьюринга «государственный стол».

Для примера простого алгоритма, «Добавляют m+n», описанный на всех трех уровнях, посмотрите примеры Алгоритма.

Внедрение

Большинство алгоритмов предназначено, чтобы быть осуществленным как компьютерные программы. Однако алгоритмы также осуществлены другими средствами, такой как в биологической нейронной сети (например, арифметика осуществления человеческого мозга или насекомое, ища еду), в электрической схеме, или в механическом устройстве.

Компьютерные алгоритмы

В компьютерных системах алгоритм - в основном случай логики, написанной в программном обеспечении разработчиков программного обеспечения, чтобы быть эффективным для намеченного «целевого» компьютера (ов) для целевых машин, чтобы произвести продукцию из данного входа (возможно, пустой указатель). Оптимальный алгоритм, даже бегущий в старых аппаратных средствах, привел бы к более быстрым результатам, чем не оптимальный (более высокая сложность времени) алгоритм в той же самой цели, бегущей в более эффективных аппаратных средствах; именно поэтому алгоритмы, как компьютерная техника, считают технологией.

«Изящные» (компактные) программы, «хорошие» (быстрые) программы: понятие «простоты и элегантности» появляется неофициально в Knuth и точно в Chaitin:

:Knuth: «.. .we хотят хорошие алгоритмы в некотором свободно определенном эстетическом смысле. Один критерий... отрезок времени, потраченный, чтобы выполнить алгоритм.... Другие критерии - адаптируемость алгоритма к компьютерам, его простоте и элегантности, и т.д.»

:Chaitin: «... программа 'изящна', которым я подразумеваю, что это - наименьшая программа для производства продукции, которую это делает»

Chaitin снабжает его определение предисловием с: «Я покажу, что Вы не можете доказать, что программа 'изящна'» — такое доказательство решило бы Несовершенную проблему (там же).

Алгоритм против функции, вычислимой алгоритмом: Для данной функции могут существовать многократные алгоритмы. Это верно, даже не расширяя доступный набор команд, доступный программисту. Роджерс замечает, что «Это... важный, чтобы различить понятие алгоритма, т.е. процедуру и понятие функции, вычислимой алгоритмом, т.е. отображением приведенного процедурой. У той же самой функции может быть несколько различных алгоритмов».

К сожалению, может быть компромисс между совершенством (скорость) и элегантностью (компактность) — изящная программа может сделать больше шагов, чтобы закончить вычисление, чем одно менее изящное. Пример, который использует алгоритм Евклида, появляется ниже.

Компьютеры (и computors), модели вычисления: компьютер (или человеческий «computor») является ограниченным типом машины, «дискретного детерминированного механического устройства», которое вслепую следует его инструкциям. Примитивные модели Мелзэка и Лэмбека уменьшили это понятие до четырех элементов: (i) дискретные, различимые местоположения, (ii) дискретные, неразличимые прилавки (iii) агент, и (iv) список инструкций, которые являются эффективными относительно способности агента.

Минский описывает более благоприятное изменение модели «абаки» Лэмбека в его «Очень Простых Базах для Исчисляемости». Машина Минского продолжается последовательно через ее пять (или шесть в зависимости от того, как каждый учитывается), инструкции, если или условное предложение, ЕСЛИ ТОГДА GOTO или безоговорочный GOTO изменяют процесс выполнения программы из последовательности. Помимо ОСТАНОВКИ, машина Минского включает три назначения (замена, замена) операции: НОЛЬ (например, содержание местоположения, замененного 0: L ← 0), ПРЕЕМНИК (например, L ← L+1), и ДЕКРЕМЕНТ (например, L ← L − 1). Редко должен программист писать «кодекс» с таким ограниченным набором команд. Но шоу Минского (также, как и Melzak и Lambek), что его машина - Тьюринг вместе с только четырьмя общими типами инструкций: условный GOTO, безоговорочный GOTO, назначение/замена/замена и ОСТАНОВКА.

Моделирование алгоритма: компьютер (computor) язык: Нут советует читателю, что «лучший способ изучить алгоритм состоит в том, чтобы попробовать его... немедленно возьмите ручку и бумагу и работу через пример». Но что относительно моделирования или выполнения реальной вещи? Программист должен перевести алгоритм на язык, который может эффективно выполнить simulator/computer/computor. Камень дает пример этого: вычисляя корни квадратного уравнения computor должен знать, как пустить квадратный корень. Если они не делают тогда для алгоритма, чтобы быть эффективными, он должен обеспечить ряд правил для извлечения квадратного корня.

Это означает, что программист должен знать «язык», который является эффективным относительно цели вычислительный агент (computer/computor).

Но какая модель должна использоваться для моделирования? Ван Эмд Боус наблюдает, «даже если мы базируем теорию сложности на резюме вместо конкретных машин, произвольность выбора модели остается. Это в этом пункте, что понятие моделирования входит». Когда скорость измеряется, вопросы набора команд. Например, подпрограмма в алгоритме Евклида, чтобы вычислить остаток выполнила бы намного быстрее, если бы у программиста был «модуль» (подразделение) доступная инструкция, а не просто вычитание (или хуже: просто «декремент» Минского).

Структурированное программирование, канонические структуры: За церковный-Turing тезис любой алгоритм может быть вычислен моделью, которая, как известно, была полным Тьюрингом, и за демонстрации Минского полнота Тьюринга требует только четырех типов инструкции — условный GOTO, безоговорочный GOTO, назначение, ОСТАНОВКА. Kemeny и Kurtz замечают что, в то время как «недисциплинированное» использование безоговорочного GOTOs и условный, ЕСЛИ ТОГДА GOTOs может привести к «кодексу спагетти» программист, может написать структурированные программы, используя эти инструкции; с другой стороны, «это также возможно, и не слишком трудно, чтобы написать ужасно структурированные программы в структурированном языке». Tausworthe увеличивает три канонических структуры Böhm-Jacopini: ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ, «ЕСЛИ ТОГДА ЕЩЕ», и В ТО ВРЕМЯ КАК - ДЕЛАЮТ, с еще два: СДЕЛАЙТЕ - В ТО ВРЕМЯ КАК и СЛУЧАЙ. Дополнительная выгода структурированной программы - то, что она предоставляет себя доказательствам правильности, используя математическую индукцию.

Канонические символы блок-схемы: графический помощник звонил, блок-схема предлагает способ описать и зарегистрировать алгоритм (и компьютерная программа одной). Как процесс выполнения программы машины Minsky, блок-схема всегда начинается наверху страницы и доходов вниз. Его основные символы - только 4: направленная стрела, ТОГДА ЕЩЕ показывая процесс выполнения программы, прямоугольник (ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ, GOTO), алмаз (ЕСЛИ), и точка (ИЛИ-СВЯЗЬ). Канонические структуры Böhm-Jacopini сделаны из этих примитивных форм. Фундаменты могут «гнездиться» в прямоугольниках, но только если единственный выход происходит от надстройки. Символы и их использование, чтобы построить канонические структуры показывают в диаграмме.

Примеры

Пример алгоритма

Один из самых простых алгоритмов должен найти наибольшее число в списке чисел случайного заказа. Нахождение решения требует рассмотрения каждого числа в списке. От этого следует за простым алгоритмом, который может быть заявлен в английской прозе описания высокого уровня, как:

Описание высокого уровня:

  1. Если нет никаких чисел в наборе тогда нет никакого самого большого количества.
  2. Предположите, что первое число в наборе - наибольшее число в наборе.
  3. Для каждого остающегося числа в наборе: если это число больше, чем текущее наибольшее число, полагайте, что это число наибольшее число в наборе.
  4. Когда не будет никаких чисел, оставленных в наборе повторять, полагайте, что текущее наибольшее число наибольшее число набора.

(Квази-) формальное описание:

Написанный в прозе, но намного ближе на язык высокого уровня компьютерной программы, следующее - более формальное кодирование алгоритма в кодексе гибридного языка или псевдокодексе:

Вход: список чисел L.

Продукция: наибольшее число в списке L.

если L.size = 0 пустых указателей возвращения

самый большойL [0]

для каждого пункта в L сделайте

если пункт> самый большой, то

самый большойпункт

возвратите самый большой

Алгоритм Евклида

Алгоритм Евклида появляется как Суждение II в Книге VII («Элементарная Теория чисел») его Элементов. Евклид излагает проблему: «Учитывая два числа, не главные друг другу, чтобы найти их самую большую общую меру». Он определяет «Число [чтобы быть] множество, составленное из единиц»: число подсчета, положительное целое число не включая 0. И «иметь размеры» означает поместить более короткую продолжительность измерения s последовательно (q времена) вдоль более длительной длины l, пока остающаяся часть r не является меньше, чем более короткий s. В современных словах остаток r = l − q*s, q быть фактором или остатком r является «модулем», фракционная целым числом часть, перенесенная после подразделения.

Для метода Евклида, чтобы преуспеть, стартовые длины должны удовлетворить два требования: (i) длины не должен быть 0, И (ii), вычитание должно быть «надлежащим», тест должен гарантировать, что меньшее из этих двух чисел вычтено из большего (поочередно, эти два могут быть равными, таким образом, их вычитание уступает 0).

Оригинальное доказательство Евклида добавляет одну треть: эти две длины не главные друг другу. Евклид предусмотрел это так, чтобы он мог построить доказательство доведения до абсурда, что общая мера этих двух чисел является фактически самой большой. В то время как алгоритм Никомакхуса совпадает с Евклидом, когда числа главные друг другу, он приводит к номеру «1» для их общей меры. Таким образом, чтобы быть точным следующее - действительно алгоритм Никомакхуса.

1599 = 650*2 + 299

650 = 299*2 + 52

299 = 52*5 + 39

52 = 39*1 + 13

Компьютерный язык для алгоритма Евклида

Только несколько типов инструкции требуются, чтобы выполнять алгоритм Евклида — некоторые логические тесты (условный GOTO), безоговорочный GOTO, назначение (замена) и вычитание.

  • Местоположение символизируется прописной буквой (ами), например, S, A, и т.д.
  • Переменное количество (число) в местоположении написано в письме (ьмах) о нижнем регистре и (обычно) связывается с названием местоположения. Например, местоположение L в начале могло бы содержать номер l = 3009.

Неэлегантная программа для алгоритма Евклида

Следующий алгоритм создан как версия Нута с 4 шагами Евклида и Никомакхуса, а скорее, чем использование подразделения, чтобы найти остаток, это использует последовательные вычитания более короткого s от остающейся длины r, пока r не меньше, чем s. Описание высокого уровня, показанное полужирным шрифтом, адаптировано от Knuth 1973:2–4:

ВХОД:

[В два местоположения L и S помещают номера l и s, которые представляют эти две длины]:

ВХОД L, S

[Инициализируйте R: сделайте остающуюся длину r равной продолжительности старта/начальной буквы/входа l]:

R ← L

E0: [Гарантируйте rs.]

[Гарантируйте, что меньшее из этих двух чисел находится в S и большем в R]:

ЕСЛИ R> S ТОГДА

содержание L - большее число, так перескочите через обменные шаги 4, 5 и 6:

Шаг 6 GOTO

ЕЩЕ

обменяйте содержание R и S.

L ← R (этот первый шаг избыточен, но полезен для более позднего обсуждения).

R ← S

S ← L

E1: [Найдите остаток]: Пока остающаяся длина r в R не является меньше, чем более короткий s в S, неоднократно вычитайте имеющий размеры номер s в S от остающейся длины r в R.

ЕСЛИ S> R ТОГДА

сделанное измерение так

GOTO 10

ЕЩЕ

имейте размеры снова,

R ← R − S

[Петля остатка]:

GOTO 7.

E2: [Остаток 0?]: ИЛИ (i), последняя мера была точна и остаток в R, является 0 программами, может остановиться, ИЛИ (ii), алгоритм должен продолжиться: последняя мера оставила остаток в R меньше, чем имеющее размеры число в S.

ЕСЛИ R = 0 ТОГДА

сделанный так

Шаг 15 GOTO

ЕЩЕ

ПРОДОЛЖИТЕ К шагу 11,

E3: [Обменяйтесь s и r]: орех алгоритма Евклида. Используйте остаток r, чтобы измерить то, что было ранее меньшим числом s:; L служит временным местоположением.

L ← R

R ← S

S ← L

[Повторите процесс измерения]:

GOTO 7

ПРОДУКЦИЯ:

[Сделанный. S содержит самый большой общий делитель]:

НАПЕЧАТАЙТЕ S

Договорились:

ОСТАНОВКА, КОНЕЦ, ОСТАНАВЛИВАЕТСЯ.

Изящная программа для алгоритма Евклида

Следующая версия алгоритма Евклида требует только 6 основных инструкций сделать то, что 13 требуются, чтобы делать «Неэлегантным»; хуже, «Неэлегантный» требует большего количества типов инструкций. Блок-схема «Изящных» может быть найдена наверху этой статьи. На (неструктурированном) Языке Бэйсик пронумерованы шаги, и инструкция ПОЗВОЛИЛА [] = [], инструкция по назначению, символизируемая ←.

5 алгоритмов Евклида R.E.M для самого большого общего делителя

6 ПЕЧАТЕЙ «Тип два целых числа, больше, чем 0»

10 ВВОДИТ A, B

20, ЕСЛИ B=0 ТОГДА

GOTO 80

30, ЕСЛИ A> B ТОГДА

GOTO 60

40 ПОЗВОЛЯЮТ B=B-A

50

GOTO 20

60 ПОЗВОЛЯЮТ A=A-B

70

GOTO 20

80 ПЕЧАТАЮТ

90 КОНЦОВ

Как «Изящные» работы: Вместо внешней «петли Евклида», «Изящные» изменения назад и вперед между двумя «co-петлями», A> B петля, которая вычисляет ← − B и B ≤ петля, которая вычисляет B ← B − A. Это работает, потому что, когда наконец minuend M меньше чем или равен subtrahend S (Различие = Minuend − Subtrahend), minuend может стать s (новая продолжительность измерения), и subtrahend может стать новым r (длина, которая будет измерена); другими словами, «смысл» перемен вычитания.

Тестирование алгоритмов Евклида

Алгоритм делает то, что его автор хочет, чтобы он сделал? Несколько прецедентов обычно достаточны, чтобы подтвердить основную функциональность. Один источник использует 3009 и 884. Knuth предложил 40902, 24140. Другой интересный случай - эти два относительно простых числа 14157 и 5950.

Но исключительные случаи должны быть определены и проверены. Будет «Неэлегантный» выступать должным образом когда R> S, S> R, R = S? Так же для «Изящного»: B> A, A> B, = B? (Да ко всем). Что происходит, когда одно число - ноль, оба числа - ноль? («Неэлегантный» вычисляет навсегда во всех случаях; «Изящный» вычисляет навсегда когда = 0.), Что происходит, если отрицательные номера введены? Фракционные числа? Если входные числа, т.е. область функции, вычисленной алгоритмом/программой, должны включать только положительные целые числа включая ноль, то неудачи в ноле указывают, что алгоритм (и программа, которая иллюстрирует примерами его) является частичной функцией, а не полной функцией. Известная неудача из-за исключений - неудача ракеты Ариан V.

Доказательство правильности программы при помощи математической индукции: Нут демонстрирует применение математической индукции к «расширенной» версии алгоритма Евклида, и он предлагает «общий метод, применимый к доказательству законности любого алгоритма». Тосуорт предлагает, чтобы мерой сложности программы была длина своего доказательства правильности.

Измерение и улучшение алгоритмов Евклида

Элегантность (компактность) против совершенства (скорость): только с 6 основными инструкциями, «Изящными», явный победитель по сравнению с «Неэлегантным» в 13 инструкциях. Однако «Неэлегантный» быстрее (это достигает ОСТАНОВКИ в меньшем количестве шагов). Анализ алгоритма указывает почему дело обстоит так: «Изящный» делает два условных теста в каждой петле вычитания, тогда как «Неэлегантный» только делает тот. Поскольку алгоритм (обычно) требует многих петля-throughs, в среднем много времени потрачено впустую, делая «B = 0?» тест, который необходим только после остатка, вычислен.

Алгоритмы могут быть улучшены?: Как только программист судит программу «подгонка» и «эффективный» — то есть, она вычисляет функцию, предназначенную ее автором — тогда, вопрос становится, она может быть улучшена?

Компактность «Неэлегантных» может быть улучшена устранением 5 шагов. Но Chaitin доказал, что уплотнение алгоритма не может быть автоматизировано обобщенным алгоритмом; скорее это может только быть сделано эвристическим образом, т.е. исчерпывающим поиском (примеры, которые будут найдены в Занятом бобре), метод проб и ошибок, ум, понимание, применение индуктивного рассуждения, и т.д. Заметьте, что шаги 4, 5 и 6 повторены в шагах 11, 12 и 13. Сравнение с «Изящным» обеспечивает намек, что эти шаги вместе с шагами 2 и 3 могут быть устранены. Это сокращает количество основных инструкций от 13 до 8, который делает его «более изящным», чем «Изящный» в 9 шагах.

Скорость «Изящных» может быть улучшена, переместив B=0? тест за пределами двух петель вычитания. Это изменение призывает к добавлению 3 инструкций (B=0?, A=0?, GOTO). Теперь «Изящный» вычисляет числа в качестве примера быстрее; имеет ли для кого-либо данного A, B и R, S это всегда место, потребовал бы подробного анализа.

Алгоритмический анализ

Часто важно знать, сколько из особого ресурса (такого как время или хранение) теоретически требуется для данного алгоритма. Методы были развиты для анализа алгоритмов, чтобы получить такие количественные ответы (оценки); например, у алгоритма сортировки выше есть требование времени O (n), используя большое примечание O с n как длина списка. В любом случае алгоритм только должен помнить две ценности: наибольшее число, найденное до сих пор, и его настоящее положение во входном списке. Поэтому у этого, как говорят, есть космическое требование O (1), если пространство, необходимое, чтобы сохранить входные числа, не посчитано, или O (n), если это посчитано.

Различные алгоритмы могут выполнить ту же самую задачу с различным набором инструкций в меньше или больше времени, пространства или 'усилия', чем другие. Например, алгоритм двоичного поиска обычно выигрывает у грубой силы последовательный поиск, когда используется для поиска по таблице в сортированных списках.

Формальный против эмпирического

Анализ и исследование алгоритмов - дисциплина информатики и часто осуществляются абстрактно без использования определенного языка программирования или внедрения. В этом смысле анализ алгоритма напоминает другие математические дисциплины, в которых это сосредотачивается на основных свойствах алгоритма а не на специфических особенностях любого особого внедрения. Обычно псевдокодекс используется для анализа, поскольку это - самое простое и самое общее представление. Однако в конечном счете большинство алгоритмов обычно осуществляется на особых аппаратных средствах / программные платформы и их алгоритмическая эффективность в конечном счете помещены в тест, используя реальный кодекс. Для решения «одного от» проблемы у эффективности особого алгоритма может не быть значительных последствий (если n не чрезвычайно большой), но для алгоритмов, разработанных для быстрой интерактивной, коммерческой или длинной жизни научное использование, это может быть важно. Вычисление от маленького n до большого n часто выставляет неэффективные алгоритмы, которые иначе мягки.

Эмпирическое тестирование полезно, потому что оно может раскрыть неожиданные взаимодействия то выполнение влияния. Оценки могут использоваться, чтобы выдержать сравнение перед/после того, как потенциальными улучшениями алгоритма после оптимизации программы.

Эффективность выполнения

Чтобы иллюстрировать потенциальные улучшения, возможные даже в хорошо установленных алгоритмах, недавние значительные инновации, касаясь алгоритмов FFT (используемый в большой степени в области обработки изображения), могут уменьшить продолжительность обработки до 1 000 раз для заявлений как медицинское отображение. В целом улучшения скорости зависят от специальных свойств проблемы, которые очень распространены в практическом применении. Ускорения этой величины позволяют вычислительные устройства, которые делают широкое применение обработки изображения (как цифровые фотоаппараты и медицинское оборудование), чтобы потреблять меньше власти.

Классификация

Есть различные способы классифицировать алгоритмы, каждого с его собственными достоинствами.

Внедрением

Один способ классифицировать алгоритмы средствами внедрения.

Рекурсия или повторение

: Рекурсивный алгоритм - тот, который призывает (ссылается на), сам неоднократно до определенного условия (также известный как условие завершения) матчи, который является методом, характерным для функционального программирования. Повторяющиеся алгоритмы используют повторные конструкции как петли и иногда дополнительные структуры данных как стеки, чтобы решить данные проблемы. Некоторые проблемы естественно подходят для одного внедрения или другого. Например, башни Ханоя хорошо понят, используя рекурсивное внедрение. У каждой рекурсивной версии есть эквивалент (но возможно более или менее сложный) повторяющаяся версия, и наоборот.

Логический

: Алгоритм может быть рассмотрен как логическое вычитание, которым управляют. Это понятие может быть выражено как: Алгоритм = логика + контроль. Логический компонент выражает аксиомы, которые могут использоваться в вычислении, и компонент контроля определяет путь, которым вычитание применено к аксиомам. Это - основание для программной парадигмы логики. На чистых логических языках программирования фиксирован компонент контроля, и алгоритмы определены, поставляя только логический компонент. Обращение этого подхода - изящная семантика: у изменения в аксиомах есть четко определенное изменение в алгоритме.

Последовательный, параллельный или распределенный

: Алгоритмы обычно обсуждаются учитывая, что компьютеры выполняют одну инструкцию алгоритма за один раз. Те компьютеры иногда называют последовательными компьютерами. Алгоритм, разработанный для такой окружающей среды, называют последовательным алгоритмом, в противоположность параллельным алгоритмам или распределенным алгоритмам. Параллельные алгоритмы используют в своих интересах архитектуры ЭВМ, где несколько процессоров могут работать над проблемой в то же время, тогда как распределенные алгоритмы используют многократные машины, связанные с сетью. Параллельные или распределенные алгоритмы делят проблему на более симметрические или асимметричные подпроблемы и собирают результаты назад вместе. Потребление ресурса в таких алгоритмах не только циклы процессора на каждом процессоре, но также и связи наверху между процессорами. Некоторым алгоритмам сортировки можно найти что-либо подобное эффективно, но их коммуникация наверху дорогая. Повторяющиеся алгоритмы вообще parallelizable. Некоторые проблемы не имеют никаких параллельных алгоритмов и названы неотъемлемо последовательными проблемами.

Детерминированный или недетерминированный

: Детерминированные алгоритмы решают проблему с точным решением в каждом шаге алгоритма, тогда как недетерминированные алгоритмы решают проблемы через предположение, хотя типичные предположения высказаны более точные с помощью эвристики.

Точный или приблизительный

: В то время как много алгоритмов достигают точного решения, алгоритмы приближения ищут приближение, которое является близко к истинному решению. Приближение может использовать или детерминированное или случайную стратегию. У таких алгоритмов есть практическая стоимость для многих тяжелых проблем.

Квантовый алгоритм

: Они бегут на реалистической модели квантового вычисления. Термин обычно используется для тех алгоритмов, которые кажутся неотъемлемо квантом или используют некоторую существенную функцию квантового вычисления, такого как квантовое суперположение или квантовая запутанность.

Парадигмой дизайна

Другой способ классифицировать алгоритмы их методологией дизайна или парадигмой. Есть определенное число парадигм, каждый отличающийся от другого. Кроме того, каждая из этих категорий включают много различных типов алгоритмов. Некоторые общие парадигмы:

Или исчерпывающий поиск «в лоб»

: Это - наивный метод попытки каждого возможного решения видеть, который является лучшим.

Разделите и завоюйте

: Дележ и завоевывает алгоритм, неоднократно уменьшает случай проблемы к одному или более меньшим случаям той же самой проблемы (обычно рекурсивно), пока случаи не достаточно маленькие, чтобы решить легко. Один такой пример дележа и завоевывает, сортировка слияния. Сортировка может быть сделана на каждом сегменте данных после делящихся данных в сегменты, и сортировка всех данных может быть получена в побеждать фазе, слив сегменты. Более простой вариант дележа и завоевывает, назван уменьшением, и завоюйте алгоритм, который решает идентичную подпроблему и использует решение этой подпроблемы решить большую проблему. Разделите и завоюйте, делит проблему на многократные подпроблемы и таким образом, побеждать стадия более сложна, чем уменьшение, и завоюйте алгоритмы. Пример уменьшения и завоевывает алгоритм, алгоритм двоичного поиска.

Поиск и перечисление

: Много проблем (таких как игра шахмат) могут быть смоделированы как проблемы на графах. Алгоритм исследования графа определяет правила для того, чтобы переместить граф и полезен для таких проблем. Эта категория также включает алгоритмы поиска, отделение и связанное перечисление и возвращение.

Рандомизированный алгоритм

: Такие алгоритмы делают некоторый выбор беспорядочно (или псевдобеспорядочно). Они могут быть очень полезными в нахождении приблизительных решений для проблем, где нахождение точных решений может быть непрактичным (см. эвристический метод ниже). Для некоторых из этих проблем известно, что самые быстрые приближения должны включить некоторую хаотичность. Могут ли рандомизированные алгоритмы с многочленной сложностью времени быть самыми быстрыми алгоритмами для некоторых проблем, нерешенный вопрос, известный как P против проблемы NP. Есть два больших класса таких алгоритмов:

  1. Алгоритмы Монте-Карло дают правильный ответ с высокой вероятностью. Например, Армированный пластик - подкласс их что пробег в многочленное время)
,
  1. Алгоритмы Лас-Вегаса всегда дают правильный ответ, но их продолжительность только вероятностно связана, например, ZPP.

Сокращение сложности

: Эта техника включает решение трудной проблемы, преобразовывая его в более известную проблему, для которой у нас есть (надо надеяться), асимптотически оптимальные алгоритмы. Цель состоит в том, чтобы найти уменьшающий алгоритм, сложность которого не во власти получающегося уменьшенного алгоритма. Например, один алгоритм выбора для нахождения медианы в несортированном списке включает сначала сортировку списка (дорогая часть) и затем выходить средний элемент в сортированном списке (дешевая часть). Эта техника также известна, как преобразовывают и завоевывают.

Проблемы оптимизации

Для проблем оптимизации есть более определенная классификация алгоритмов; алгоритм для таких проблем может попасть один или больше общих категорий, описанных выше, а также в одно из следующего:

Линейное программирование

: Когда поиск оптимальных решений линейной функции, связанной с линейным равенством и неравенством, ограничивает, ограничивание проблемы может использоваться непосредственно в производстве оптимальных решений. Есть алгоритмы, которые могут решить любую проблему в этой категории, такой как популярный симплексный алгоритм. Проблемы, которые могут быть решены с линейным программированием, включают максимальную проблему потока для направленных графов. Если проблема дополнительно требует, чтобы один или больше неизвестных было целое число тогда, она классифицирована в программировании целого числа. Линейный программный алгоритм может решить такую проблему, если можно доказать, что все ограничения для целочисленных значений поверхностные, т.е. решения удовлетворяют эти ограничения так или иначе. В общем случае специализированном алгоритме или алгоритме, который находит, приблизительные решения используются, в зависимости от трудности проблемы.

Динамическое программирование

: Когда проблема показывает оптимальные фундаменты — значение, что оптимальное решение проблемы может быть построено от оптимальных решений до подпроблем — и накладывающихся подпроблем, означая, что те же самые подпроблемы используются, чтобы решить много различных проблемных случаев, более быстрый подход, названный динамическим программированием, избегает перевычислительных решений, которые были уже вычислены. Например, алгоритм Флойда-Вошола, кратчайший путь к цели от вершины во взвешенном графе может быть найден при помощи кратчайшего пути к цели от всех смежных вершин. Динамическое программирование и memoization сочетаются. Основное различие между динамическим программированием и делит и завоевывает, то, что подпроблемы более или менее независимы в дележе и завоевывают, тогда как подпроблемы накладываются в динамическом программировании. Различие между динамическим программированием и прямой рекурсией находится в кэшировании или memoization рекурсивных вызовов. Когда подпроблемы независимы и нет никакого повторения, memoization не помогает; следовательно динамическое программирование не решение для всех сложных проблем. При помощи memoization или поддержания стола подпроблем уже решил, динамическое программирование, уменьшает показательную природу многих проблем к многочленной сложности.

Жадный метод

: Жадный алгоритм подобен динамическому программному алгоритму, в котором он работает, исследуя фундаменты, в этом случае не проблемы, а данного решения. Такие алгоритмы начинаются с некоторого решения, которое может быть дано или было построено в некотором роде и улучшает его, делая маленькие модификации. Для некоторых проблем они могут найти оптимальное решение, в то время как для других они останавливаются в местном optima, который является в решениях, которые не могут быть улучшены алгоритмом, но не оптимальны. Самое популярное использование жадных алгоритмов для нахождения минимального дерева охвата, где нахождение оптимального решения возможно с этим методом. Дерево Хафмана, Kruskal, Чопорный, Sollin - жадные алгоритмы, которые могут решить эту проблему оптимизации.

Эвристический метод

Проблемы оптимизации:In, эвристические алгоритмы могут использоваться, чтобы найти решение близко к оптимальному решению в случаях, где нахождение оптимального решения непрактично. Эти алгоритмы работают, становясь ближе и ближе к оптимальному решению, в то время как они прогрессируют. В принципе, если управляется для бесконечного количества времени, они найдут оптимальное решение. Их заслуга - то, что они могут найти решение очень близко к оптимальному решению в относительно короткое время. Такие алгоритмы включают локальный поиск, запрещают поиск, моделируемый отжиг и генетические алгоритмы. Некоторые из них, как моделируемый отжиг, являются недетерминированными алгоритмами, в то время как другие, как запрещенный поиск, детерминированы. Когда привязанный, ошибка неоптимального решения известна, алгоритм, далее категоризирован как алгоритм приближения.

Областью исследования

Каждая область науки имеет свои собственные проблемы и нуждается в эффективных алгоритмах. Связанные проблемы в одной области часто изучаются вместе. Некоторые классы в качестве примера - алгоритмы поиска, сортируя алгоритмы, алгоритмы слияния, числовые алгоритмы, алгоритмы графа, натягивают алгоритмы, вычислительные геометрические алгоритмы, комбинаторные алгоритмы, медицинские алгоритмы, машинное изучение, криптографию, алгоритмы сжатия данных и парсинг методов.

Области имеют тенденцию накладываться друг с другом, и достижения алгоритма в одной области могут улучшить те из другого, иногда абсолютно не связанного, области. Например, динамическое программирование было изобретено для оптимизации потребления ресурса в промышленности, но теперь используется в решении широкого ряда проблем во многих областях.

Сложностью

Алгоритмы могут быть классифицированы количеством времени, которое они должны закончить по сравнению с их входным размером. Есть большое разнообразие: некоторые алгоритмы, полные в линейное время относительно входного размера, некоторые делают так за показательное количество времени или еще хуже, и некоторые никогда не останавливаются. Кроме того, у некоторых проблем могут быть многократные алгоритмы отличающейся сложности, в то время как у других проблем не могло бы быть алгоритмов или никаких известных эффективных алгоритмов. Есть также отображения от некоторых проблем до других проблем. Вследствие этого это, как находили, более подходило, чтобы классифицировать сами проблемы вместо алгоритмов в классы эквивалентности, основанные на сложности самых лучших алгоритмов для них.

Burgin (2005, p. 24), использует обобщенное определение алгоритмов, которое расслабляет общее требование, чтобы продукция алгоритма, который вычисляет функцию, была определена после конечного числа шагов. Он определяет суперрекурсивный класс алгоритмов как «класс алгоритмов, в которых возможно вычислить функции, не вычислимые любой машиной Тьюринга» (Burgin 2005, p. 107). Это тесно связано с исследованием методов гипервычисления.

Непрерывные алгоритмы

Прилагательное, «непрерывное», когда относится слово «алгоритм», может означать:

  • Алгоритм, воздействующий на данные, которые представляют непрерывные количества, даже при том, что эти данные представлены дискретными приближениями — такие алгоритмы, изучен в числовом анализе; или
  • Алгоритм в форме отличительного уравнения, которое воздействует непрерывно на данные, бегущие на аналоговом компьютере.

Юридические вопросы

:See также: программное обеспечение патентует для общего обзора патентоспособности программного обеспечения, включая осуществленные компьютером алгоритмы.

Алгоритмы, собой, не обычно патентоспособные. В Соединенных Штатах, требование, состоящее исключительно из простых манипуляций абстрактных понятий, числа или сигналы не составляют «процессы» (USPTO 2006), и следовательно алгоритмы не патентоспособные (как в Готтшалке v. Бенсон). Однако практическое применение алгоритмов иногда патентоспособное. Например, в Алмазе v. Diehr, применение простого алгоритма обратной связи помочь в лечении от синтетической резины считали патентоспособным. Патентование программного обеспечения очень спорно, и там высоко подверглось критике патенты, включающие алгоритмы, особенно алгоритмы сжатия данных, такие как патент LZW Unisys.

Кроме того, у некоторых шифровальных алгоритмов есть экспортные ограничения (см. экспорт криптографии).

Этимология

Слово «Algorithm» или «Десятеричная система счисления» в некоторых других версиях письма, прибывает из имени al-Khwārizmī, объявленный на классическом арабском языке как Аль-Хваритми. Аль-Khwārizmī (c. 780-850), был персидский математик, астроном, географ и ученый в палате Мудрости в Багдаде, имя которого означает «уроженца Хварезма», город, который был частью Большего Ирана в течение его эры и теперь находится в современный день Узбекистан. Приблизительно 825, он написал трактат на арабском языке, который был переведен на латынь в 12-м веке под заголовком Algoritmi de numero Indorum. Это название означает «Algoritmi на числах индийцев», где «Algoritmi» был Latinization переводчика имени Аль-Хваризми. Аль-Хваризми был наиболее широко прочитанным математиком в Европе в последнем Средневековье, прежде всего через его другую книгу, Алгебру. На позднесредневековом латинском algorismus, коррупции его имени, просто означал «десятичную систему исчисления», которая является все еще значением современной английской десятеричной системы счисления. На французском языке 17-го века форма слова, но не ее значение, изменилась на algorithme. Английский язык принял французов очень скоро впоследствии, но только в конце 19-го века, «Алгоритм» взял то, чтобы подразумевать, что это имеет на современном английском языке.

Альтернативная этимология заявляет о происхождении от алгебры условий в ее позднесредневековом смысле «арабской арифметики» и arithmos греческий термин для числа (таким образом буквально значение «арабских цифр» или «арабского вычисления»). Алгоритмы работ Аль-Харизми не предназначены в их современном смысле, но как тип повторного исчисления (здесь должен упомянуть, что его фундаментальная работа, известная как алгебра, была первоначально названа «Краткая Книга по Вычислению Завершением и Уравновешивающий» описание типов повторного вычисления и квадратных уравнений). В этом смысле алгоритмы были известны в Европе задолго до Аль-Харизми. Самый старый алгоритм, известный сегодня, является Евклидовым алгоритмом (см. также Расширенный Евклидов алгоритм). Перед чеканкой термина алгоритм греки называли их anthyphairesis, буквально означающим антивычитание или взаимное вычитание (дополнительные материалы для чтения здесь и здесь). Алгоритмы были известны грекам за века до Евклида. Вместо алгебры слова греки использовали термин arithmetica (, т.е. в работах Диофанта так называемый «отец Алгебры» - видит также статьи Википедии диофантовое уравнение и Eudoxos).

История: развитие понятия «алгоритма»

Древняя Греция

Алгоритмы использовались в древней Греции. Два примера - Решето Эратосфена, который был описан во Введении в Арифметику Nicomachus и Евклидовом алгоритме, который был сначала описан в Элементах Евклида (c. 300 до н.э).

Происхождение

Алгоритм слова прибывает из имени персидского математика 9-го века Абу Абдуллы Мухаммеда ибн Мусы Аль-Хваризми, работа которого положилась на работу индийского математика 7-го века Брэхмэгапты. Десятеричная система счисления слова первоначально обратилась только к правилам выполнения арифметики, использующей индуистские арабские цифры, но развилась через европейский латинский перевод имени Аль-Хваризми в алгоритм к 18-му веку. Использование слова развилось, чтобы включать все определенные процедуры решения проблем или выполнения задач.

Дискретные и различимые символы

Отметки счета: Чтобы отслеживать их скопления, их мешки зерна и их денег, древние породы использовали соответствие: накопление камней или отметок поцарапало на палках или создании дискретных символов в глине. Посредством вавилонского и египетского использования отметок и символов, развились в конечном счете Римские цифры и абака (Дилсон, p. 16–41). Отметки счета появляются заметно в одноместной системной арифметике цифры, используемой в машине Тьюринга и машинных вычислениях Пост-Тьюринга.

Манипуляция символов как «заполнители» для чисел: алгебра

Работа древнегреческих топографов (Евклидов алгоритм), индийский математик Брэхмэгапта и персидский математик Аль-Хваризми (из чьего имени получены условия «десятеричная система счисления» и «алгоритм»), и западноевропейские математики достигла высшей точки в понятии Лейбница исчисления ratiocinator (приблизительно 1680):

Механические приспособления с дискретными состояниями

Часы: Сито кредитует изобретение управляемых весом часов как «Ключевое изобретение [Европы в Средневековье]», в особенности избавление грани, которое предоставляет нам тиканье и tock механических часов. «Точный автомат» немедленно привел к «механическим автоматам», начинающимся в 13-м веке и наконец к «вычислительным машинам» — двигатель различия и аналитические машины Чарльза Беббиджа и графини Ады Лавлейс, середина 19-го века. Лавлейсу приписывают первое создание алгоритма, предназначенного для обработки на компьютере - аналитическая машина Беббиджа, первое устройство рассмотрело реальный Turing-полный компьютер вместо просто калькулятора - и иногда называется «первым программистом истории» в результате, хотя полное осуществление второго устройства Беббиджа не было бы понято до спустя десятилетия после ее целой жизни.

Логические машины 1870 — «логическая абака Стэнли Джевонса» и «логическая машина»: техническая проблема состояла в том, чтобы уменьшить Булевы уравнения, когда представлено в форме, подобной тому, что теперь известно как карты Karnaugh. Джевонс (1880) описывает сначала простую «абаку» «промахов древесины, снабженной булавками, изобретенными так, чтобы любая часть или класс [логических] комбинаций могли быть выбраны механически... Позже, однако, я уменьшил систему до абсолютно механической формы и таким образом воплотил весь косвенный процесс вывода в том, что можно назвать, к Логической Машине» Его машина прилагалось «определенные подвижные деревянные пруты», и «в ноге 21 ключ как те из фортепьяно [и т.д.]..».. С этой машиной он мог проанализировать «силлогизм или любой другой простой логический аргумент».

Эта машина он показал в 1870 перед членами Королевского Общества. Другой логик Джон Венн, однако, в его 1881 Символическая Логика, повернул желтый глаз к этому усилию: «У меня нет высокой оценки самого интереса или важности того, что иногда называют логическими машинами..., мне не кажется, что любые приспособления, в настоящее время известные или вероятные быть обнаруженными действительно, заслуживают названия логических машин»; посмотрите больше при характеристиках Алгоритма. Но не быть превзойденным он также представил «несколько аналогичный план, я предчувствую к абаке профессора Джевона... [И] выгода, соответствуя логической машине профессора Джевонса, следующее приспособление может быть описано. Я предпочитаю называть его просто машиной логической диаграммы..., но я предполагаю, что это могло сделать очень полностью все, что может рационально ожидаться любой логической машины».

Жаккардовый ткацкий станок, перфокарты Холлерита, телеграфия и телефония — электромеханическое реле: Белл и Ньюэлл (1971) указывают, что Жаккардовый ткацкий станок (1801), предшественник перфокарт Холлерита (перфокарты, 1887), и «звонит переключаться, технологии» были корнями дерева, приводящего к разработке первых компьютеров. К середине 19-го века телеграф, предшественник телефона, использовался во всем мире, его дискретное и различимое кодирование писем как «точки и черты» общий звук. К концу 19-го века использовалась лента тикера (приблизительно 1870-е), как было использование перфокарт Холлерита в 1890 перепись США. Тогда прибыл телепринтер (приблизительно 1910) с его использованием избитой бумаги Кода Бодо на ленте.

Переключающие телефон сети электромеханических реле (изобретенный 1835) были позади работы Джорджа Штибица (1937), изобретатель цифрового устройства добавления. Когда он работал в Bell Laboratories, он наблюдал «обременительное' использование механических калькуляторов с механизмами. «Он пошел домой однажды вечером в 1937, намереваясь проверить его идею... Когда лужение было закончено, Штибиц построил устройство добавления набора из двух предметов».

Дэвис (2000) наблюдает особое значение электромеханического реле (с его двумя «двойными государствами», открытыми и закрытыми):

: Это было только с развитием, начинающимся в 1930-х, электромеханических калькуляторов, используя электрические реле, что машины были построены, имея объем, который предположил Беббидж."

Математика в течение 19-го века до середины 20-го века

Символы и правила: В быстрой последовательности математика Джорджа Буля (1847, 1854), Gottlob Frege (1879), и Джузеппе Пеано (1888–1889) уменьшила арифметику до последовательности символов, которыми управляют по правила. Пеано принципы арифметики, представленной новым методом (1888), был «первой попыткой axiomatization математики на символическом языке».

Но Heijenoort дает Frege (1879) эта престижность: Фредж - «возможно, самая важная единственная работа, когда-либо написанная в логике...., в котором мы видим «'язык формулы', который является языком characterica, язык, написанный со специальными символами, «для чистой мысли», то есть, лишенный риторических приукрашиваний... построенных из определенных символов, которыми управляют согласно определенным правилам». Работа Frege была далее упрощена и усилена Альфредом Нортом Уайтхедом и Бертраном Расселом в их Принципах Mathematica (1910–1913).

Парадоксы: В то же время много тревожащих парадоксов появились в литературе, в особенности парадокс Burali-Forti (1897), парадокс Рассела (1902–03) и Парадокс Ричарда. Проистекающие соображения привели к статье Курта Гёделя (1931) — он определенно цитирует парадокс лгуна — который полностью уменьшает правила рекурсии к числам.

Эффективная исчислимость: Чтобы решить Entscheidungsproblem, определенный точно Hilbert в 1928, математики, к которым сначала приступают, чтобы определить то, что предназначалось «эффективным методом» или «эффективным вычислением» или «эффективной исчислимостью» (т.е., вычисление, которое преуспеет). В быстрой последовательности следующий появился: церковь Алонзо, Стивен Клини и λ-calculus Дж.Б. Россера точно заточенное определение «общей рекурсии» от работы Гёделя, действующего на предложения Жака Эрбрана (cf. Лекции Принстона Гёделя 1934) и последующие упрощения Клини. Доказательство церкви, что Entscheidungsproblem был неразрешим, определение Эмиля Поста эффективной исчислимости как рабочий бессмысленно после списка инструкций переместиться левый или правый через последовательность комнат и в то время как там или отметка или стирают газету или наблюдают бумагу и делает да - никакое решение о следующей инструкции. Доказательство Алана Тьюринга которого Entscheidungsproblem был неразрешим при помощи его «a-[автоматический-] машина» — в действительности почти идентичный «формулировке» Поста, определению Дж. Баркли Россера «эффективного метода» с точки зрения «машины». Предложение С. К. Клини предшественника «церковного тезиса», что он назвал «Тезис I», и несколько лет спустя переименование Клини его Тезис «Тезис церкви» и предложение «Тезиса Тьюринга».

Пост Эмиля (1936) и Алан Тьюринг (1936–37, 1939)

Вот замечательное совпадение двух мужчин, не знающих друг друга, но описывающих процесс мужчин поскольку компьютеры, работающих над вычислениями — и они приводят к фактически идентичным определениям.

Эмиль Пост (1936) описал действия «компьютера» (человек) следующим образом:

: «... два понятия включены: это символа делает интервалы, в котором работа, ведущая от проблемы ответить, должна быть выполнена, и фиксированный неизменный набор направлений.

Его пространство символа было бы

: «два пути бесконечная последовательность мест или коробок... Решатель проблем или рабочий должны двинуться и работать в этом космосе символа, будучи способными к тому, чтобы быть в, и работающий в, но одна коробка за один раз.... коробка должна допустить только два возможных условия, т.е., будучи пустой или не отмеченной, и наличие единственной отметки в нем, сказать вертикальную черту.

: «Одну коробку нужно выбрать и назвать отправной точкой.... определенная проблема состоит в том, чтобы быть дана в символической форме конечным числом коробок [т.е., ВВЕДЕНА] отмечаемый с ударом. Аналогично ответ [т.е., ПРОДУКЦИЯ] должна быть дана в символической форме такой конфигурацией отмеченных коробок....

: «Ряд направлений, применимых к общей проблеме, настраивает детерминированный процесс, когда относится каждая определенная проблема. Этот процесс заканчивается только когда дело доходит до направления типа (C) [т.е., ОСТАНОВИТЕСЬ]». Посмотрите больше в машине Пост-Тьюринга

Работа Алана Тьюринга предшествовала работе Штибица (1937); это неизвестно, знал ли Штибиц о работе Тьюринга. Биограф Тьюринга полагал, что использование Тьюрингом подобной пишущей машинке модели произошло из юного интереса: «Алан мечтал об изобретении пишущих машинок как мальчик; у г-жи Тьюринг была пишущая машинка; и он, возможно, начал, спросив себя, что предназначалось, называя пишущую машинку 'механической'». Учитывая распространенность Азбуки Морзе и телеграфии, машин ленты тикера и телетайпов мы могли бы предугадать, что все были влияниями.

Тьюринг — его модель вычисления теперь называют, машина Тьюринга — начинается, также, как и Почта, с анализом человеческого компьютера, который он сводит на нет к простому набору основных движений и «настроений». Но он продолжает шаг вперед и создает машину как модель вычисления чисел.

: «Вычисление обычно делается, сочиняя определенные символы на бумаге. Мы можем предположить, что эта бумага разделена на квадраты как арифметическая книга ребенка.... Я предполагаю тогда, что вычисление выполнено на одномерной бумаге, т.е., на ленте, разделенной на квадраты. Я также предположу, что число символов, которые могут быть напечатаны, конечно....

: «Поведение компьютера в любой момент определено символами, которые он наблюдает, и его «настроение» в тот момент. Мы можем предположить, что есть связанный B к числу символов или квадратов, которые компьютер может наблюдать в один момент. Если он хочет наблюдать больше, он должен использовать последовательные наблюдения. Мы также предположим, что число настроений, которые должны быть принятыми во внимание, конечно...

: «Давайте предположим, что операции, выполненные компьютером, который будет разделен на 'простые операции', которые так элементарны, что не легко вообразить их далее разделенными».

Сокращение Тьюринга приводит к следующему:

: «Простые операции должны поэтому включать:

:: «(a) Изменения символа на одном из наблюдаемых квадратов

:: «(b) Изменения одного из квадратов, наблюдаемых к другому квадрату в квадратах L одного из ранее наблюдаемых квадратов.

«Может случиться так, что некоторые из них изменяются, обязательно призывают изменение состояния ума. Самая общая единственная операция должна поэтому быть взята, чтобы быть одним из следующего:

:: «(A) возможное изменение (a) символа вместе с возможным изменением состояния ума.

:: «(B) возможное изменение (b) наблюдаемых квадратов, вместе с возможным изменением состояния ума»

: «Мы можем теперь построить машину, чтобы сделать работу этого компьютера».

Несколько лет спустя Тьюринг расширил свой анализ (тезис, определение) с этим мощным выражением его:

: «Функция, как говорят, «эффективно измерима», если ее ценности могут быть найдены некоторым чисто механическим процессом. Хотя довольно легко получить интуитивное схватывание этой идеи, тем не менее, желательно иметь некоторое более определенное, математическое выразимое определение... [он обсуждает историю определения в значительной степени, как представлено выше относительно Гёделя, Эрбрана, Клини, церкви, Тьюринга и Почты]... Мы можем взять это заявление буквально, поняв чисто механическим тем процесса, которое могло быть выполнено машиной. Возможно дать математическое описание, в определенной нормальной форме, структур этих машин. Развитие этих идей приводит к определению автора вычислимой функции, и к идентификации исчисляемости † с эффективной исчислимостью....

:: «† Мы будем использовать выражение «вычислимая функция», чтобы означать функцию, измеримую машиной, и мы позволяем «эффективно измеримый», относятся к интуитивной идее без особой идентификации с любым из этих определений».

Дж. Б. Россер (1939) и С. К. Клини (1943)

Дж. Баркли Россер определил 'эффективный [математический] метод' следующим образом (italicization добавленный):

: «'Эффективный метод' используется здесь в довольно специальном смысле метода, каждый шаг которого точно определен и который несомненно произведет ответ в конечном числе шагов. С этим специальным значением три различных точных определения были даны до настоящего времени. [его сноска #5; посмотрите обсуждение немедленно ниже]. Самый простой из них, чтобы заявить (должный Отправить и Тьюринг) говорит по существу, что эффективный метод решения определенных наборов проблем существует, если можно построить машину, которая тогда решит любую проблему набора без человеческого вмешательства вне вставки вопроса и (более позднего) чтения ответа. Все три определения эквивалентны, таким образом, это не имеет значения, какой используется. Кроме того, факт, что все три эквивалентны, является очень веским доводом в пользу правильности любого». (Rosser 1939:225–6)

Сноска Россера #5 ссылается на работу (1) церковь и Клини и их определение λ-definability, в особенности использование церкви его в его Неразрешимая проблема Элементарной Теории чисел (1936); (2) Эрбран и Гёдель и их использование рекурсии в особенности использование Гёделя в его известной статье О Формально Неразрешимых Суждениях Принципов Mathematica и Связанные Системы I (1931); и (3) Почта (1936) и Тьюринг (1936–7) в их моделях механизма вычисления.

Стивен К. Клини определил как свой теперь известный «Тезис I» известный как церковный-Turing тезис. Но он сделал это в следующем контексте (полужирный шрифт в оригинале):

: «12. Алгоритмические теории... В подготовке полной алгоритмической теории, что мы делаем, должен описать процедуру, performable для каждого набора ценностей независимых переменных, которые процедура обязательно заканчивает и таким способом, что от результата мы можем прочитать определенный ответ, «да», или «нет», к вопросу, «действительно ли стоимость предиката верен?»» (Клини 1943:273)

История после 1950

Много усилий были направлены к дальнейшей обработке определения «алгоритма», и деятельность продолжающаяся из-за окружения проблем, в частности фондов математики (особенно церковный-Turing тезис) и философия ума (особенно аргументы об искусственном интеллекте). Для больше, посмотрите характеристики Алгоритма.

См. также

  • Абстрактная машина
  • Разработка алгоритма
  • Алгоритмический состав
  • Алгоритмический синтез
  • Алгоритмическая торговля
  • Мусор в, мусор
  • Введение в алгоритмы
  • Список алгоритма общие темы
  • Список важных публикаций в теоретической информатике - Алгоритмы
  • Числовой консорциум математики
  • Теория вычисления
  • Теория исчисляемости
  • Вычислительная теория сложности

Примечания

  • Axt, P. (1959) На Подрекурсивной Иерархии и Примитивных Рекурсивных Степенях, Сделках американского Математического Общества 92, стр 85-105
  • Звонок, К. Гордон и Ньюэлл, Аллен (1971), компьютерные структуры: чтения и примеры, McGraw-Hill Book Company, Нью-Йорк. ISBN 0-07-004357-4.
  • Включает превосходную библиографию 56 ссылок.
  • : cf. Машины Тьюринга главы 3, где они обсуждают «определенные счетные наборы, не эффективно (механически) счетные».
  • Campagnolo, M.L., Мур, C., и Коста, J.F. (2000) аналоговая характеристика подрекурсивных функций. В Proc. 4-й Конференции по Действительным числам и Компьютерам, университету Оденсе, стр 91-109
  • Переизданный в Неразрешимом, p. 89ff. Первое выражение Тезиса «церкви». Посмотрите в особенности страницу 100 (Неразрешимое), где он определяет понятие «эффективной исчислимости» с точки зрения «алгоритма», и он использует слово, «заканчивается», и т.д.
  • Переизданный в Неразрешимом, p. 110ff. Церковь показывает, что Entscheidungsproblem неразрешим приблизительно на 3 страницах текста и 3 страницах сносок.
  • Представленный американскому Математическому Обществу, сентябрь 1935. Переизданный в Неразрешимом, p. 237ff. Определение Клини «общей рекурсии» (известный теперь как mu-рекурсия) использовалось церковью, в его 1935 заворачивают в бумагу Неразрешимую проблему Элементарной Теории чисел, которая доказала «проблему решения», чтобы быть «неразрешимой» (т.е., отрицательный результат).
  • Переизданный в Неразрешимом, p. 255ff. Клини усовершенствовал свое определение «общей рекурсии» и продолжил двигаться в его главе «12. Алгоритмические теории», чтобы установить «Тезис I» (p. 274); он позже повторил бы этот тезис (в Клини 1952:300) и назвал бы его «Тезисом церкви» (Клини 1952:317) (т.е., церковным тезисом).
  • Превосходный — доступный, удобочитаемый — справочный источник для математических «фондов».
  • Kosovsky, Н. К. Элементс Математической Логики и ее Применения к теории Подрекурсивных Алгоритмов, LSU Publ., Ленинград, 1 981
  • А. А. Марков (1954) Теория алгоритмов. [Переведенный Жаком Ж. Шорр-Коном и штатом PST] Отпечаток Москва, Академия наук СССР, 1954 [т.е., Иерусалим, Программа Израиля для Научных Переводов, 1961; доступный из Офиса технических служб, американского Отдела Торговли, Вашингтон] Описание 444 p. 28 cm. Добавленный t.p. в российском Переводе Работ Математического Института, Академии наук СССР, v. 42. Оригинальное название: Teoriya algerifmov. [QA248. Библиотека M2943 Dartmouth College. Американский Отдел Торговли, Офис технических служб, число OTS 60-51085.]
  • Minsky расширяется его «... идея алгоритма — эффективная процедура...» в главе 5.1 Исчисляемость, Эффективные Процедуры и Алгоритмы. Машины Бога.
  • Переизданный в Неразрешимом, p. 289ff. Почта определяет простой как будто алгоритмический процесс человека, пишущего отметки или стирающего отметки и идущего от коробки до коробки и в конечном счете остановки, поскольку он следует списку простых инструкций. Это процитировано Клини в качестве одного источника его «Тезиса I», так называемого церковного-Turing тезиса.
  • Переизданный в Неразрешимом, p. 223ff. Вот известное определение Россера «эффективного метода»: «... метод, каждый шаг которого точно предопределен и который несомненно произведет ответ в конечном числе шагов... машина, которая тогда решит любую проблему набора без человеческого вмешательства вне вставки вопроса и (более позднего) чтения ответа» (p. 225–226, Неразрешимое)
  • Cf. в особенности первая глава назвал: Алгоритмы, Машины Тьюринга и Программы. Его сжатое неофициальное определение: «... любую последовательность инструкций, которым может повиноваться робот, называют алгоритмом» (p. 4).
  • . Исправления, там же, стр издания 43 (1937) 544-546. Переизданный в Неразрешимом, p. 116ff. Известная статья Тьюринга, законченная как диссертация Владельца, в то время как в Королевском колледже Кембридж Великобритания.

Вторичные ссылки

  • ISBN 0-8078-4108-0 pbk.
  • ISBN 0 312 10409 X (pbk).
  • 3-е издание 1976[?], ISBN 0-674-32449-8 (pbk).
  • ISBN 0-671-49207-1. Cf. Глава «Дух Правды» для приводящей истории, и обсуждение, его доказательство.

Дополнительные материалы для чтения

Вычисление
Электронная музыка
Повторяющийся метод
Индекс статей философии (A–C)
Машина Тьюринга
Искусство программирования
Абстракция (информатика)
Возраст духовных машин
Индекс вычислительных статей
Связи/Французский язык Help:Interlanguage
Теория узла
ITunes
ПРОМЕЖУТОК (компьютерная система алгебры)
Деконволюция
Процедурное знание
Список математических логических тем
Список многочленных тем
Список тем теории графов
Список исчисляемости и тем сложности
Стандартная библиотека
Конструктивная стереометрия
История вычисления
Взламывание пароля
Машина регистра
Национальная олимпиада в информатике, Китай