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Busy Beaver

Siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Flei%C3%9Figer_Biber

Ein «Busy Beaver» (fleissiger Biber) ist jene TM mit $n$ Zuständen (plus den Halte-Zustand) und einem Alphabet der Grösse zwei (z.B. 0/1), die auf einem mit Nullen gefüllten Band am meisten Einsen schreibt und auch anhält. Diese Anzahl Einsen wird mit $\Sigma(n)$ bezeichnet.

Nicht-Berechenbarkeit von $\Sigma(n)$

Könnte man $\Sigma(n)$ berechnen, könnte man damit das Halteproblem lösen.

Das heisst aber auch, dass man im Prinzip durch sequentielles Ausprobieren mathematische Sachverhalte beweisen könnte, man muss nur $\Sigma(3n+6)$ Zahlen durchprobieren, wobei $n$ die Anzahl Zustände jener TM ist, die das Durchprobieren erledigt.

Das Problem ist dass schon für $n=6$ die Anzahl Schritte $\Sigma(6) > 10^{18'000}$, wobei auch das nur eine Abschätzung ist. Für $n=7$ sind nicht einmal Schätzungen realistisch (ausser dass wohl schon die Anzahl Stellen der Zahl zu gross ist, um aufgeschrieben werden können).

Aufgaben

Lösungsvorschlag

Lösungsvorschlag

Folgende Abschätzung liefert eine zu grosse Zahl, da z.B. Maschinen mehrfach gezählt werden.

  • Jeder Zustand hat zwei Einträge (für . oder 1 lesen).
  • Für jeden dieser Einträge gibt es
    • 2 Möglichkeiten für das zu schreibende Zeichen
    • 2 Möglichkeiten für die Bewegung
    • $n+1$ Möglichkeiten für den Folgezustand (inklusive stop).
  • Also $4(n+1)$ Möglichkeiten pro Eintrag, d.h. $16(n+1)^2$ Möglichkeiten pro Zustand.

Die Anzahl Maschinen ist also $$ \left(16(n+1)^2\right)^n $$

0 1 $10^{0}$
1 64 $10^{1}$
2 20736 $10^{4}$
3 16777216 $10^{7}$
4 25600000000 $10^{10}$
5 63403380965376 $10^{13}$
6 232218265089212416 $10^{17}$
7 1180591620717411303424 $10^{21}$
8 7958661109946400884391936 $10^{24}$
9 68719476736000000000000000000 $10^{28}$