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Informatik Grundlagen – Turingmaschine und Berechenbarkeit

14 KartenInformatikatrio27.09.2026Nur mit Link

Karteikarten zum Thema „Informatik“ · 14 Karten · von atrio. Beispiele: Welche vier Komponenten definieren eine deterministische Turingmaschine formal? · Was…

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14 Karten
STANDARD

Welche vier Komponenten definieren eine deterministische Turingmaschine formal?

Rückseite

Eine deterministische Turingmaschine ist ein 7-Tupel (Z, Σ, Γ, δ, z0, □, F) mit Zustandsmenge Z, Eingabealphabet Σ, Bandalphabet Γ, Übergangsfunktion δ, Startzustand z0, Leerzeichen □ und Endzuständen F.

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Was unterscheidet das Bandalphabet Γ vom Eingabealphabet Σ?

Rückseite

Σ ⊆ Γ gilt; Γ enthält zusätzlich das Leerzeichen □ und ggf. weitere Arbeitszeichen, die während der Berechnung auf dem Band erscheinen dürfen, aber nicht Teil der Eingabe sind.

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Wie lautet die Signatur der Übergangsfunktion δ bei einer deterministischen Turingmaschine?

Rückseite

δ: Z × Γ → Z × Γ × {L, R, N} – sie bildet aktuellen Zustand und gelesenes Symbol auf neuen Zustand, zu schreibendes Symbol und Kopfbewegung (Links, Rechts, Nicht bewegen) ab.

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Wann hält eine Turingmaschine in einem Endzustand an?

Rückseite

Die Maschine hält, wenn sie in einem Zustand aus F ist und für die aktuelle Konfiguration keine Übergang definiert ist – das Eingabewort wird dann akzeptiert.

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Was besagt die Church-Turing-These?

Rückseite

Jede Funktion, die intuitiv als berechenbar gilt, kann von einer Turingmaschine berechnet werden – die These ist nicht beweisbar, aber allgemein akzeptiert.

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Was ist eine universelle Turingmaschine (UTM)?

Rückseite

Eine UTM simuliert jede andere Turingmaschine: Sie erhält als Eingabe die Kodierung einer TM M und eines Eingabeworts w und führt die Berechnung von M auf w nach.

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Wie unterscheidet sich eine nichtdeterministische Turingmaschine (NTM) von einer deterministischen?

Rückseite

Die Übergangsfunktion δ liefert eine Menge möglicher Folgekonfigurationen: δ: Z × Γ → 2^(Z × Γ × {L,R,N}); die NTM akzeptiert, wenn mindestens ein Rechenpfad in einem Endzustand endet.

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Sind nichtdeterministische Turingmaschinen mächtiger als deterministische bzgl. Berechenbarkeit?

Rückseite

Nein: Jede NTM lässt sich durch eine DTM simulieren (mit exponentiellem Zeitaufwand), beide Modelle erfassen dieselbe Klasse berechenbarer Funktionen.

STANDARD

Was bedeutet es, dass eine Sprache entscheidbar (rekursiv) ist?

Rückseite

Es existiert eine Turingmaschine, die für jede Eingabe anhält und akzeptiert, falls das Wort in der Sprache liegt, andernfalls ablehnt – die Maschine hält also immer.

STANDARD

Was ist eine semi-entscheidbare (rekursiv aufzählbare) Sprache?

Rückseite

Es existiert eine Turingmaschine, die genau die Wörter der Sprache akzeptiert und anhält; für Wörter außerhalb der Sprache kann sie jedoch in eine Endlosschleife geraten.

STANDARD

Nenne das klassische Beispiel für ein unentscheidbares Problem.

Rückseite

Das Halteproblem: Gegeben eine TM M und Eingabe w, hält M auf w? Es gibt keine Turingmaschine, die dies für alle Paare (M, w) korrekt entscheidet.

STANDARD

Wie beweist man die Unentscheidbarkeit des Halteproblems?

Rückseite

Diagonalisierung: Annahme einer Entscheidermaschine H, Konstruktion einer Maschine D, die H auf sich selbst anwendet und das Gegenteil tut – Widerspruch zeigt, dass H nicht existieren kann.

STANDARD

Was besagt das Rice-Theorem?

Rückseite

Jede nicht-triviale semantische Eigenschaft von Turingmaschinen-sprachen (z. B. Endlichkeit, Leere, Regelmäßigkeit) ist unentscheidbar.

STANDARD

Wann sind zwei Turingmaschinen äquivalent?

Rückseite

Wenn sie dieselbe Sprache akzeptieren (bzw. dieselbe partielle Funktion berechnen) – also für jede Eingabe beide anhalten und akzeptieren oder beide ablehnen/endlos laufen.

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