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四进制造物主

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第1章 上一章注释[001]
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写在8月25日20:53,发布后发现上下标给我全滤了?,我调整一下,过会儿再看】 硬核程度:☆☆☆☆☆ 涉及领域:计算理论 大标题:三种函数外加三种操作怎样解决所有可计算问题?为什么偏递归函数可以制造无限循环? 可能是全网最不报菜名、最不装比的解释。 以下开始: 首先,什么是可计算? 可计算就是指,有一个算法,我们把它交付给计算机后,计算机可以像执行一个函数一样,接受我们给它的输入,然后返回输出,这个输出就是我们想要的答案。 为了方便描述,先行约定一下数学符号。 假设我们有一个乘法器,叫做ult,它可以接受一对整数作为输入,把它们相乘后输出一个整数。 比如,输入(3,4)输出12 输入(6,2)输出12 输入(0,6)输出0 这时,我们把这些输入数对叫做doain,输出的一个数叫做doain。如果我们用z来代表全体整数集,那么这个平平无奇的乘法器就可以用数学符号表示为: ult:z^2→z 中间的这个→表示这个ult是一个totalunction,也许可以称作“全函数”吧,意思是每一个doain里的输入,都能对应一个doain里的输出。 与全函数相对应的是,是“偏函数”。对于偏函数,对于有些输入,它并不能给出输出。比如一个除法器,当我们给它(6,0)时,它输出不了任何东西。这个除法器可以表示为: div:z^2—z 这里的单横线代表这是一个偏函数其实应该用半箭头表示,但在这里打不出来 好了,定义好符号之后,就可以清爽地描述我们的三种基本函数:后继函数、零函数、投影函数。 后继函数:succ:n→n,succ(x)=x+1,n代表自然数集。我们给它2,它输出3;给它3它输出4。总之就是往上+1. 零函数:zero:nn→n,zero=0。不管给它什么,它都输出0. 投影函数:projn:nn→n,projin(x1,..xn)=xi。它接受长度为n的输入,输出第i个自然数。比如,proj22(1,3)=3。 好了,盖大楼的砖块一共就这么三种,接下来把它们组合在一起就行了。 我们定义一个叫“组合”的函数,它的功能是把n个函数组合在一起: :nn—n 具体的,如果每一个被组合的函数g都可以接受同一组参数(x1,..x),那么组合n个g函数的操作可以被表示为: ·[g1,..gn]:n—n 展开为: ·[g1,..gn](x1,..x)=(g1(x1,..x),..gn(x1,..x)) 举个栗子: 我们构造一个函数one,one(x)=1,即:不论给它什么输入,它都输出为1,那么: one(x)=succ(0)=succ(zero(x)) 即:succ·[zero]=one 验证一下: succ·[zero](x)=succ(zero(x))=succ(0)=1 succ和zero两个基本函数组成了我们要的one,完美。 如果栗子再复杂一点,我们想要一个加法器add,add(x,y)=x+y,怎么用那三种基本函数组合? 也很简单,从具体输入入手: add(3,2)=succ(add(3,1))=dd(3,0)))=succ(succ(3)) 似乎只需要组合多个后继函数就可以了呢。 当然,这里面有一个毛病,在于我们在没有定义好add的前提下,先入为主地认为add(3,0)=3. 所以我们不能认为自己就这么简单地构造了add,只能退而求其次地得到以下关系: add(x,y+1)=succ(add(x,y)),这个式子是十分严谨的。 更具体地,要想算出add(x,y+1),就要知道add(x,0)=x,我们称add(x,0)=x为基准条件;add(x,y+1)=succ(add(x,y))为递归条件。 看起来就差临门一脚了,只要我们能用三种基本函数构造出add(x,0)=x,就能得到add(x,y+1),也就能构造出我们想要的加法器。 也很显然,add(x,0)=x=proj11 于是,我们的加法器有了。 这种看起来很像左脚踩右脚登天的构造方式叫做“原始递归”,它的定义是这样的: 基准函数:nn—n 递归函数g:nn+2—n 使用和g的原始递归h=pn(,g):nn+1—n 对于h: 基准条件:h(x1,...xn,0)=(x1,..xn) 递归条件:h(x1,..xn,y+1)=g(x1,..xn,y,h(x1,..xn,y)) 回到我们的加法器add: add:n2→n add(x,y)=x+y=p1(,g) 基准条件:add(x,0)=(x)=proj11 递归条件:add(x,y+1)=g(x,y,add(x,y))=succ(add(x,y)),g=succ·[proj33] add=p1(proj11,succ·[proj33] 完美无瑕。 类似地,乘法器ult=p1(zero,add·[proj13,proj33]) 前继函数,减法器等等基本运算都可以据此定义,只需要proj,zero,succ三种原始函数和组合·,原始递归p这两种基本操作。所有完全函数都可以据此构造。 那么“偏函数”呢? 构造 偏函数还需要额外的一个操作:最小化。 如果我们有一个函数:n^n+1—n(这里^代表上标,虽然不好看,但实在是敲得太麻烦没有耐心了),具体的(a1,...an,x),其中a1,...an是固定参数,x是可变参数。 那么最小化操作为:μ^n:n^n—n它会找到给它输入的n个参数里,最小的一个,并输出 比如(5,4,3,2,1,0)=0 如果遇到重复参数,那么就输出第一个最小的。 比如(5,4,3,2,1,1)=1 假设我们有一个投影函数长这样: proj21:n2—n(proj21中的2是上标,1是下标,下同,写不动摆烂了) 那么μ^1proj21:n—n 举个栗子: 假如我们给proj21弄一个最小化操作:μ^1proj21(1),其中1是固定参数。 如果我们穷举一下可变参数,就会发现: proj21(1,0)=1 proj21(1,1)=1 我们永远也拿不到0,也就不存在最小化。也就是说,对于μ^1proj21而言,并不是每一个输入都对应一个输出,所以应用最小化操作,我们成功地构建了一个偏函数。 加减乘三种操作都在上文构建过了,现在就只剩下一个除了。除法div需要用最小化操作来构建。 假设,我们收到两参数a和b,想求a\/b,那么其中存在如下关系: a=qxb+r,其中0r<b 我们想要的就是满足式子qxba的最大的q,这等同于满足(q+1)xb>a,于是带余除法被转化为了一个最小化问题: 找到最小的q使其满足(q+1)xb>a 也就是构造一个函数:n^3—n (a,b,q)=1如果(q+1)ba,=0如果(q+1)b>a (a,b,q)=lel(ult() =lel·[ult·[succ·[proj33],proj32],proj31] 其中lel=iszero·sub iszero=sub·[succ·zero,proj11] sub是减法器 对进行最小化操作即可得到我们想要的结果。 验证一下: (8,5,0)=lel(ult(1,5),8)=1不等于0,所以0不是输出。 (8,5,1)=lel(ult(1,5),8)=0,最小,所以1是输出。 div(8,5)=8\/\/5=1没错,十分完美。 如果我们想计算一下8\/\/0: (8,0,0)=lel(ult(1,0),8)=1不等于0,所以0不是输出。 (8,0,1)=lel(ult(2,0),8)=1不等于0,所以0不是输出。 无论我们给(8,0,x)传入什么x,都找不到最小的x,所以div(8,0)=8\/\/0无解,符合现实。 如果把最小化操作运用在原始递归函数上,得到的新函数就叫做偏递归函数。 好了,现在加减乘除我们都有了,只要是可计算的 算法,我们都能执行。 至于无限循环怎么制造出来,从μ^1proj21(1)和div的栗子都可以看出来,如果最小化操作找不到最小值,就永远不会给出输出,这相当于hile语句的功能。 —————————————————— 下一章是正常内容
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