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\title{Calculabilité}
\subtitle{INF110 (Logique et Fondements de l'Informatique)}
\author[David Madore]{David A. Madore\\
{\footnotesize Télécom Paris}\\
\texttt{david.madore@enst.fr}}
\date{2023–2024}
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\begin{document}
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\section*{Plan}
\begin{frame}
\frametitle{Plan}
\tableofcontents
\end{frame}
%
\section{Introduction}
\begin{frame}
\frametitle{Qu'est-ce que la calculabilité ?}
\itempoint À l'interface entre \textbf{logique mathématique} et
\textbf{informatique théorique}
\begin{itemize}
\item née de préoccupations venues de la logique (Hilbert, Gödel),
\item à l'origine des 1\textsuperscript{ers} concepts informatiques
($\lambda$-calcul, machine de Turing).
\end{itemize}
\bigskip
\itempoint But : étudier les limites de ce que \textbf{peut ou ne peut
pas faire un algorithme}
\begin{itemize}
\item sans limite de ressources (temps, mémoire juste « finis »),
\item sans préoccupation d'efficacité ($\neq$ complexité, algorithmique),
\item y compris résultats négatifs (« \emph{aucun} algorithme ne peut… »),
\item voire relatifs (calculabilité relative),
\item admettant diverses généralisations (calculabilité supérieure).
\end{itemize}
\end{frame}
%
\begin{frame}
\frametitle{Quelques noms}
\itempoint Muḥammad ibn Mūsá al-\b{H}wārizmī (v.780–v.850) :
$\rightsquigarrow$« algorithme »
\itempoint Blaise Pascal (1623–1662) : machine à calculer
$\rightsquigarrow$automates
\itempoint Charles Babbage (1791–1871) : \textit{Analytical Engine} (Turing-complète !)
\itempoint Ada (née Byron) Countess of Lovelace (1815–1852) : programmation
\itempoint Richard Dedekind (1831–1916) : définitions primitives récursives
\itempoint David Hilbert (1862–1943) : \textit{Entscheidungsproblem}
(décider la vérité)
\itempoint Jacques Herbrand (1908–1931) : fonctions générales récursives
\itempoint Kurt Gödel (1906–1978) : incomplétude en logique
\itempoint Alonzo Church (1903–1995) : $\lambda$-calcul
\itempoint Alan M. Turing (1912–1954) : machine de Turing, problème de l'arrêt
\itempoint Emil Post (1897–1954) : ensembles calculablement énumérables
\itempoint Stephen C. Kleene (1909–1994) : $\mu$-récursion, th. de récursion, forme normale
\end{frame}
%
\begin{frame}
\frametitle{Fonction calculable}
« Définition » : une fonction $f$ est \textbf{calculable}
quand il existe un algorithme qui
\begin{itemize}
\item prenant en entrée un $x$ du domaine de définition de $f$,
\item \textbf{termine en temps fini},
\item et renvoie la valeur $f(x)$.
\end{itemize}
\bigskip
Difficultés :
\begin{itemize}
\item Comment définir ce qu'est un algorithme ?
\item Quel type de valeurs ?
\item Et si l'algorithme ne termine pas ?
\item Distinction entre intention (l'algorithme) et extension (la fonction).
\end{itemize}
\end{frame}
%
\begin{frame}
\frametitle{Approches de la calculabilité}
\itempoint Approche informelle : \textbf{algorithme = calcul
finitiste} mené par un humain ou une machine, selon des instructions
précises, en temps fini, sur des données finies
\medskip
\itempoint Approche pragmatique : tout ce qui peut être fait sur un
langage de programmation « Turing-complet » (Python, Java, C, Caml…)
idéalisé
\begin{itemize}
\item sans limites d'implémentation (p.ex., entiers arbitraires !),
\item sans source de hasard ou de non-déterminisme.
\end{itemize}
\medskip
\itempoint Approches formelles, p.ex. :
\begin{itemize}
\item fonctions générales récursives (Herbrand-Gödel-Kleene),
\item $\lambda$-calcul (Church) ($\leftrightarrow$ langages fonctionnels),
\item machine de Turing (Turing),
\item machines à registres (Post…).
\end{itemize}
\bigskip
\itempoint\textbf{« Thèse » de Church-Turing} : \alert{tout ceci
donne la même chose}.
\end{frame}
%
\begin{frame}
\frametitle{Thèse de Church-Turing}
\itempoint\textbf{Théorème} (Post, Turing) : les fonctions (disons
$\mathbb{N} \dasharrow \mathbb{N}$) \textbf{(1)} générales récursives,
\textbf{(2)} exprimables en $\lambda$-calcul, et
\textbf{(3)} calculables par machine de Turing, coïncident toutes.
\smallskip
$\Rightarrow$ On parle de \alert{calculabilité au sens de Church-Turing}.
\bigskip
\itempoint\textbf{Observation} : tous les langages de programmation
informatiques généraux usuels, idéalisés, calculent aussi exactement
ces fonctions.
\bigskip
\itempoint\textbf{Thèse philosophique} : la calculabilité de C-T
définit précisément la notion d'algorithme finitiste.
\bigskip
\itempoint\textbf{Conjecture physique} : la calculabilité de C-T
correspond aux calculs réalisables mécaniquement dans l'Univers (en
temps/énergie finis mais illimités).
{\footnotesize $\uparrow$ (même avec un ordinateur quantique)}
\bigskip
Pour toutes ces raisons, le sujet mérite d'être étudié !
\end{frame}
%
\end{document}
|
