标签系统是一组规则,用于指定从序列开头移除固定数量的元素(通常表示为 或
),并根据从开头移除的元素,将一组元素附加(“标记”到末尾)。例如,考虑上图所示的
标签系统,其中黑色代表 1,白色代表 0。然后起始模式是“1”,转换规则是
和
(Wolfram 2002, 第 93页)。
标签系统最早由 Post 于 1920 年提出(Wolfram 2002, 第 894页),尽管这些结果直到很久之后才广为人知(Post 1943)。Post 显然研究了某种类型的标签系统,该系统在每一步中涉及移除和添加不超过两个元素,并得出结论,它们都没有产生复杂的行为。然而,在研究每一步移除三个元素的规则时,他发现一个特定的规则随着初始条件的变化而变化很大(Wolfram 2002, 第 894-895页)。一般来说,如果添加的数量永远不大于删除的数量,则结果行为最多是循环的。因此,允许添加任意长度的元素可以提供最有趣和复杂的行为。
标签系统具有类似图灵机的停机问题,用于根据任意给定的初始序列来判断,重复应用规则是否会导致单词长度小于从开头移除的元素数量。通过证明任何图灵机都可以表示为标签系统,Minsky (1961) 证明了标签系统中普遍性和不可判定停机的存在,这一结果随后被 Cocke 和 Minsky (1964) 以及 Wang (1963; Wolfram 2002, 第 1120页) 改进。Wang (1963) 还考虑了一种与标签系统相反的系统,他称之为滞后系统。Maslov (1964) 表明,对于任何 ,都存在一个标签系统,使得 Post 提出的两种形式的标签系统都是不可解的。