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Completude de Turing

1936
  • Alan Turing
Laboratório de ciência da computação mostrando a completude de Turing em linguagens de programação.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Um sistema de regras de manipulação de dados, como um linguagem de programação, is Turing complete if it can simulate any single-taped Turing machine. This means it is computationally universal and can be used to solve any computable problem, given enough time and memory. Most general-purpose programming languages are Turing complete, forming the theoretical foundation for their expressive power.

Turing completeness is a concept from computability theory that defines the power of a computational system. It originates from Alan Turing’s 1936 paper describing a theoretical device known as the Turing machine. This machine consists of an infinitely long tape, a head that can read, write, and move along the tape, and a set of states and transition rules. Despite its simplicity, a Turing machine can perform any computation that can be described algorithmically. A linguagem de programação or any other formal system is deemed ‘Turing complete’ if it has the capability to simulate a universal Turing machine. This implies that the language can compute anything that is computable.

Os requisitos fundamentais para que um sistema seja Turing completo são o desvio condicional (por exemplo, instruções if-then-else) e a capacidade de executar loops indefinidamente ou recursivamente (por exemplo, loops while e for). Essas construções permitem que o sistema tome decisões e repita operações, o que é suficiente para modelar o comportamento das transições de estado e da manipulação de fita de uma Máquina de Turing. A tese de Church-Turing, um princípio fundamental da ciência da computação, postula que qualquer função que seja naturalmente considerada "computável" pode ser computada por uma Máquina de Turing. Portanto, uma linguagem Turing-completa é, em teoria, capaz de expressar qualquer algoritmo.

No entanto, esse poder teórico traz consigo uma consequência significativa: o problema da parada. Turing provou que é impossível criar um algoritmo geral que possa determinar, para todas as entradas possíveis, se um determinado programa terminará sua execução ou continuará indefinidamente. Essa indecidibilidade é uma propriedade inerente a todos os sistemas Turing-completos. Por essa razão, algumas linguagens de domínio específico são intencionalmente projetadas para não serem Turing-completas. Por exemplo, SQL padrão e HTML não são Turing-completos, o que garante que seus scripts ou definições terminarão e impede que entrem em loops infinitos acidentais, uma propriedade desejável para consultas a bancos de dados e renderização de documentos.

UNESCO Nomenclature: 1202
Ciência da Computação

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Incremental

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Kurt Gödelo trabalho de 8216 sobre teoremas de incompletude
  • Alonzo Church’s development of cálculo lambda
  • O programa de David Hilbert para formalizar a matemática
  • O conceito de algoritmo remonta à antiguidade.

Aplicações

  • linguagens de programação de propósito geral (python, c++, java)
  • Sistemas de planilhas com recursos de macro (por exemplo, Excel com VBA)
  • Circuitos de redstone do Minecraft
  • cellular automata como Conway jogo da vida
  • Algumas extensões SQL avançadas com expressões de tabela comuns recursivas.
  • o subsistema de metaprogramação de modelos C++
  • CSS3 com certas combinações de HTML

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • a verifiable, non-turing complete smart contract language for critical financial transactions to prevent infinite loops and re-entrancy attacks.
  • an educational game where players build turing-complete machines from basic logic gates to teach fundamental computer science.
  • a dna-based computing system that leverages turing completeness for complex biological simulations at the molecular level.
  • a quantum programming paradigm that extends turing completeness to handle superposition and entanglement for novel algorithms.
  • um verificação formal tool that can prove or disprove the turing completeness of any given formal system or esoteric language.
  • a decentralized network protocol where node behavior is defined by small, sandboxed, turing-complete scripts for customizable routing.
  • an artistic ai that generates novel visual patterns by exploring the state space of minimalistic, randomly generated turing machines.
  • a security analysis framework that identifies potential denial-of-service vulnerabilities caused by unintended turing completeness in configuration files.
  • a neuro-symbolic ai architecture where a rede neural learns to manipulate a turing-complete symbolic computation engine.
  • a self-modifying hardware system based on fpgas where the hardware logic itself is a turing-complete system that can evolve.
Relacionado a: completude de Turing, máquina de Turing, teoria da computabilidade, Alan Turing, tese de Church-Turing, computação universal, algoritmo, linguagem formal, decidibilidade, problema da parada.

Contexto histórico

Completude de Turing

1925
1928
1930
1936
1940
1943
1950
1924
1925
1930
1931
1939
1940
1950
1950

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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