Hello, dear friend, you can consult us at any time if you have any questions, add WeChat: daixieit

Semester One Examinations, 2022

COMP2048 Theory of Computing

Question 1  Finite State Machines

Design and define the following FSMs using either a transition table or state diagram

a)  An FSM M1  that only accepts set of strings containing an odd number of ones

b)  An FSM M2  that only accepts set of strings containing an even number of zeros

c)  An FSM M3  whose language is the intersection of the languages of M1  and M2 .     (3 Marks)

Question 2  Turing Machines

Show that the language C  = {a i bj c k  | i × j = k and i, j, k > 1} cannot be recognisable by a finite state machine by designing a Turing machine that decides it.

(4 Marks)

Question 3  Lambda Calculus

Define and discuss the significance of the following two combinators in Lambda

Calculus:

a)  Composition Combinator

b)  Y Combinator

Describe how each of these combinators contribute to the Turing completeness of

Lambda Calculus.

(5 Marks)

Question 4  Lambda Calculus

Describe  how  one  can  compute  the factorial function  using  recursion  in  Lambda Calculus. Make sure to mention all the relevant combinators and theorems required to achieve your result.

(5 Marks)

Question 5  Quantum Computation

Describe the Deutsch problem and explain why a quantum computer can solve it much faster than a conventional computer.

(5 Marks)

Question 6  Applied Problem

Answer  the  following  questions  using  dot  points  wherever  possible  (preferably numbered) and note assumptions made if any.

You have been tasked to construct a computing system for a crewed spaceship that will be used for a human expedition to Mars. The computing system has the following constraints:

O    The crew will have no programming or computing hardware experience but will have a strong understanding of mathematics and mathematical principles.

O    The  crew  will  need  to  compute  simulations  and  calculations,  as  well  as  run communication, navigation and life support throughout the mission.

O    The hardware for the computing system is to be a digital computer similar to the desktops we use today.

O    The programming interface for the computing system is limited to a Twitter-like interface with an input of only 280 characters allowed, so each program can only have this maximum size.

O    The computing system must run for long periods without crashing and/or rebooting.

O    The expedition will utilize mathematical proofs and principles to ensure robustness and quality assurance of the computing system to prevent bugs and errors within the system.

1.  You must design the computing system for the crewed mission to Mars using the principles and material taught in this course given the constraints above. Your answer should contain:

i.     A description and definition of the computational model(s) that will be required for each part of your proposed computing system.                               ( 1 Mark)

ii.      How each model(s) will work and the reason for the choice(s) of the model(s) including their features relevant to the constraints of the crew and the mission.

(2 Marks)

iii.     The mathematical evidence or principle(s) that makes your model(s) possible within the constraints of the hardware and programming interface.   ( 1 Mark)

iv.      How the programming interface and chosen computation model(s) will be used to compute all the requirements of the crew and the mission.             ( 1 Mark)

v.      How  the  hardware  and  programming  interface  will  interact  to  complete computations and the mathematical principles that guide your design.

(1 Mark)

2.  Now consider  if the entire system were to  be  implemented  using a quantum computer. In a few dot points, describe if there would be any advantages and disadvantages of this decision to the mission, as well as the challenges the crew and the mission would face as a result.                                                   (2 Marks)