Θεωρία υπολογισιμότητας: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων
Περιεχόμενο που διαγράφηκε Περιεχόμενο που προστέθηκε
Yobot (συζήτηση | συνεισφορές) μ Διόρθωση συντακτικών λαθών του κώδικα με τη χρήση AWB (11457) |
μΧωρίς σύνοψη επεξεργασίας |
||
Γραμμή 1:
Η '''Θεωρία της Υπολογισιμότητας''' ή '''Θεωρία της Αναδρομής''', είναι ένας κλάδος της [[μαθηματική λογική|μαθηματικής λογικής]], της [[πληροφορική]]ς και της [[Θεωρία υπολογισμού|θεωρίας υπολογισμού]] που προήλθε από την έρευνα των υπολογίσιμων συναρτήσεων και του βαθμού Turing (=βαθμος μη επιλυσιμότητας) στα μέσα της δεκαετίας του 1930.
Τα βασικά ερωτήματα που απευθύνονται από την Θεωρία Αναδρομής είναι
Η Θεωρία της Αναδρομής συνδυάζεται με την Θεωρία των Αποδείξεων,με την Αποτελεσματική Περιγραφική Θεωρία Συνόλων, την [[Θεωρία μοντέλων|Θεωρία Μοντέλων]] και την Αφηρημένη Άλγεβρα. Μάλιστα, Θα μπορούσαμε να χαρακτηρίσουμε ότι η Θεωρία της Πολυπλοκότητας είναι γέννημα της Αναδρομικής Θεωρίας καθώς και οι δύο μοιράζονται ίδιο τεχνικό εργαλείο ,δηλαδή τη μηχανή Turing Οι θεωρητικοί της Αναδρομής στη μαθηματική λογική συχνά μελετούν τη θεωρία της σχετικής υπολογιστικότητας. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τη θεωρία της αναδρομικής ιεραρχίας, επίσημων μεθόδων και επίσημων γλωσσών, το οποίο είναι σύνηθες στην μελέτη της υπολογιστικής θεωρίας και της Πληροφορικής. Υπάρχει ένα αξιοσημείωτο κενό στις γνώσεις και στις μεθόδους μεταξύ των δύο ερευνητικών
κοινοτήτων, ωστόσο δεν μπορούν να διαχωριστούν εντελώς. Για παράδειγμα η παραμετρική πολυπλοκότητα, εφευρέθηκε από τον θεωρητικό της πολυπλοκότητας, Michael Fellows και τον θεωρητικό της αναδρομής Rod Downey.
Γραμμή 17 ⟶ 16 :
Με τον ορισμό του αποτελεσματικού υπολογισμού ήρθαν οι πρώτοι αποδείξεις ότι υπάρχουν προβλήματα στα μαθηματικά που δεν μπορούν να [[αποφασιστούν]] αποτελεσματικά. Ο Chyrch (1936a, 1936b) και ο Turing (1936), εμπνευσμένοι από τεχνικές που χρησιμοποιούνται από τον Γκέντελ (1931) για να αποδείξουν τη μη πληρότητα των θεωρημάτων του , ανεξάρτητα κατέδειξαν ότι το [[Entscheidungs πρόβλημα]] δεν λύνεται αποτελεσματικά. Το αποτέλεσμα έδειξε ότι δεν υπάρχει αλγοριθμική διαδικασία που μπορεί σωστά να αποφασίσει αν κάποια αυθαίρετη μαθηματική πρόταση είναι αληθής ή ψευδής.
Πολλά προβλήματα των [[μαθηματικών]] έχει αποδειχθεί ότι είναι άλυτα αφού αυτά τα αρχικά παραδείγματα καθιερώθηκαν. Το 1947, ο Markov και ο Post δημοσίευσαν ανεξάρτητες μελέτες που δείχνουν ότι η λέξη πρόβλημα για υποσύνολα δεν μπορεί να λυθεί αποτελεσματικά. Επεκτείνοντας αυτό το αποτέλεσμα, ο [[Pyotr Novikov]] και ο [[William Boone]] έδειξαν ανεξάρτητα στη δεκαετία του 1950 ότι η [[λέξη πρόβλημα για τις|λέξη πρόβλημα για τις ομάδες]] δεν είναι αποτελεσματικά επιλύσιμο: δεν υπάρχει αποτελεσματική διαδικασία η οποία, δοσμένης μιας λέξης σε μια παρουσιασμένη ομάδα
Η μελέτη για το ποιες μαθηματικές κατασκευές μπορούν να πραγματοποιηθούν αποτελεσματικά μερικές φορές ονομάζεται '''αναδρομικά μαθηματικά'''. Το Εγχειρίδιο των Αναδρομικών Μαθηματικών (Ershov et al. 1998) καλύπτει πολλά από τα γνωστά αποτελέσματα σε αυτόν τον τομέα.
Γραμμή 25 ⟶ 24 :
=== Σχετική Υπολογισιμότητα και Βαθμός Turing ===
Η θεωρία της αναδρομής στη Μαθηματική λογική παραδοσιακά εστιαζόταν στη σχετική υπολογισιμότητα, μια γενίκευση της υπολογισιμότητας Turing,που καθορίζεται χρησιμοποιώντας μια [[μηχανή Turing]] που παρουσιάστηκε από τον Turing (1939). Μια μηχανή χρησμού Turing, είναι μία υποθετική συσκευή, η οποία εκτός από τις παραδοσιακές ενέργειες μιας μηχανής Turing, μπορεί να κάνει ερωτήσεις για ένα συγκεκριμένο σύνολο ακέραιων αριθμών.Η μηχανή oracle μπορεί να κάνει ερωτήσεις της μορφής «Είναι το n στο σύνολο oracle;» Κάθε ερώτηση θα απαντάται άμεσα σωστά ακόμη και αν το σύνολο δεν είναι υπολογίσιμο.
Ανεπίσημα, ένα σύνολο ακεραίων αριθμών Α είναι [[αναγώγιμο]] σε ένα σύνολο Β αν υπάρχει μια μηχανή oracle που σωστά εάν οι αριθμοί είναι στο Α όταν εκτελούνται με το Β, όπως στο σύνολο oracle (σε αυτή την περίπτωση, το σύνολο Α επίσης λέγεται ότι είναι (σχετικά) υπολογίσιμο από το Β και το Β μπορεί να αναχθεί στο Α τότε το σύνολο λέγεται ότι έχουν τον ίδιο [[βαθμός Turing|βαθμό Turing]] (ονομάζεται επίσης βαθμός unsolvability). [[Ο βαθμός Turing]] ενός συνόλου δίνει ένα ακριβές μέτρο του πόσο μη-υπολογίσιμο είναι το σύνολο.
Γραμμή 62 ⟶ 61 :
=== Το Θεώρημα του Rice και η Αριθμητική Ιεραρχία ===
Ο Ράις έδειξε ότι για κάθε μη τετριμμένη κατηγορία C (η οποία περιέχει ορισμένα αλλά όχι όλα τα σύνολα) στο ενδεικτικό σύνολο E = {e: το e στο We είναι στο C} έχει την ιδιότητα ότι είτε το [[πρόβλημα τερματισμού]] ή το συμπλήρωμά της είναι πολλές -ένα αναγώγιμο στο E, δηλαδή, μπορεί να χαρτογραφηθούν με τη χρήση [[αναγωγή|πολλών-μίας αναγωγής]] έως Ε
=== Αντίστροφα μαθηματικά ===
Το πρόγραμμα των [[Αντίστροφα μαθηματικά|αντιστρόφων Μαθηματικών]] ρωτά ποια αξιώματα υπαρκτά από τα σύνολα είναι αναγκαία για να αποδειχθεί συγκεκριμένα θεωρήματα των μαθηματικών σε υποσυστήματα της [[αριθμητική δεύτερη τάξη|αριθμητικής της δεύτερης τάξης]]. Η μελέτη αυτή ξεκίνησε από τον [[Harvey Friedman]] και μελετήθηκε λεπτομερώς από τον Stephen Simpson και άλλους. Ο Simpson (1999) δίνει μια λεπτομερή συζήτηση για το πρόγραμμα. Τα αξιώματα της ύπαρξης των συνόλων υπό ερώτηση αντιστοιχούν ανεπίσημα σε αξιώματα που λένε ότι το δυναμοσύνολο των ακέραιων αριθμών είναι κλειστό υπό διάφορες έννοιες αναγωγής. Το πιο αδύναμο τέτοιο αξίωμα που έχει μελετηθεί σε αντίστροφα μαθηματικά είναι η αναδρομική κατανόηση, η οποία αναφέρει ότι το δυναμοσύνολο των ακεραίων είναι κλειστό υπό την αναγωγή Turing.
=== Αρίθμηση ===
Η αρίθμηση είναι μια απαρίθμηση των συναρτήσεων. Έχει δύο παραμέτρους, e και χ και εξάγει την τιμή της συνάρτησης e στην αρίθμηση για την είσοδο x. Οι αριθμήσεις μπορεί να είναι μερικά-αναγώγιμες αν και ορισμένα από τα μέλη τους είναι συνολικά αναγώγιμα, δηλαδή, υπολογίσιμες συναρτήσεις. [[Παραδεκτές αριθμήσεις]] είναι εκείνες στις οποίες όλες οι άλλες μπορούν να μεταφραστούν. Μια [[Friedberg|αρίθμηση Friedberg]] (που ονομάζεται από αυτόν που την ανακάλυψε) είναι η ένα προς ένα αρίθμηση όλων των επιμέρους-αναδρομικών συναρτήσεων, είναι κατ
=== Η μέθοδος της Προτεραιότητας ===
Το πρόβλημα του Post λύθηκε με μια μέθοδο που ονομάζεται η μέθοδος κατά προτεραιότητας,μια απόδειξη χρήση αυτής της μεθόδου ονομάζεται επιχείρημα προτεραιότητας. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή αναδρομικά αριθμήσιμων συνόλων με συγκεκριμένες ιδιότητες. Για να χρησιμοποιηθεί αυτή η μέθοδος, οι επιθυμητές ιδιότητες του συνόλου που πρόκειται να κατασκευαστεί χωρίστηκαν σε έναν άπειρο κατάλογο των στόχων, που είναι γνωστός ως απαιτήσεις, έτσι ώστε ικανοποιώντας όλες τις απαιτήσεις θα κάνει το κατσκευασμένο σύνολο να έχει τις επιθυμητές ιδιότητες. Κάθε απαίτηση έχει εκχωρηθεί σε ένα φυσικό αριθμό που αντιπροσωπεύει την προτεραιότητα της απαίτησης, έτσι το 0 αποδίδεται στην πιο σημαντική προτεραιότητα, το 1 στη δεύτερη πιο σημαντική, και ούτω καθεξής. Το σύνολο στη συνέχεια κατασκευάζεται σε στάδια, σε κάθε στάδιο προσπαθεί να ικανοποιήσει μία ή περισσότερες από τις απαιτήσεις, είτε με την προσθήκη αριθμών στο σύνολο ή με την απαγόρευση των αριθμών από το σύνολο, έτσι ώστε το τελικό σύνολο να ικανοποιεί την απαίτηση. Μπορεί να συμβεί να ικανοποιείται μία απαίτηση και αυτό να προκαλεί τη μη ικανοποίηση μιας άλλης,η σειρά προτεραιότητας χρησιμοποιείται για να αποφασιστεί τι πρέπει να γίνει σε μια τέτοια περίπτωση. Τα επιχειρήματα Προτεραιότητας έχουν χρησιμοποιηθεί για να λύσουν πολλά προβλήματα στη θεωρία αναδρομής, και έχουν ταξινομηθεί σε μια ιεραρχία με βάση την πολυπλοκότητά τους (Soare 1987). Επειδή τα περίπλοκα επιχειρήματα προτεραιότητας μπορεί να είναι τεχνικά και δύσκολα να ακολουθηθούν, παραδοσιακά θεωρείται σκόπιμο να αποδειχτούν τα αποτελέσματα χωρίς επιχειρήματα προτεραιότητας, ή να διαπιστώσουμε αν τα αποτελέσματα που αποδείχθηκαν με επιχειρήματα προτεραιότητας μπορούν επίσης να αποδειχθούν χωρίς αυτά. Για παράδειγμα, ο Kummer δημοσίευσε ένα έγγραφο σε μια απόδειξη για την ύπαρξη της αρίθμηση του Friedberg χωρίς τη χρήση της μεθόδου προτεραιότητας.
=== Το δικτυωτό των Αναδρομικά Αριθμήσιμων Συνόλων ===
Γραμμή 78 ⟶ 76 :
=== Προβλήματα Αυτομορφισμού ===
Ένα άλλο σημαντικό ζήτημα είναι η ύπαρξη αυτομορφισμών στις δομές της ανάδρομης θεωρίας
=== Πολυπλοκότητα του Kolmogorov ===
Γραμμή 85 ⟶ 82 :
=== Συχνότητα υπολογισμού ===
Αυτός ο κλάδος της θεωρίας της αναδρομής ανέλυσε την ακόλουθη ερώτηση: Για σταθερά ''m'' και ''n'' με 0 < ''m'' < ''n'', για την οποία λειτουργεί το Α είναι δυνατόν να υπολογιστεί και για τυχόν διαφορετικές εισόδους n x 1, x 2, ..., x n μια πλειάδα n αριθμών y 1, y 2, ..., yn έτσι ώστε τουλάχιστον το m των εξισώσεων A (x k) = y k να είναι αληθές. Τέτοια σύνολα είναι γνωστά ως (m, n) αναδρομικά σύνολα. Το πρώτο σημαντικό αποτέλεσμα σε αυτόν τον κλάδο της ανάδρομης θεωρίας είναι το αποτέλεσμα του Trakhtenbrot ότι ένα σύνολο είναι υπολογίσιμο αν είναι (m, n) ανάδρομο για κάποιο m, n με 2''m'' > ''n''. Από την άλλη πλευρά, τα [[ημιανάδρομα]] σύνολα του Jockusch (τα οποία ήταν ήδη γνωστά ανεπίσημα πριν τα εισαγάγει ο Jockusch το 1968 ) αποτελούν παραδείγματα ενός συνόλου που είναι ανάδρομο κατά (m, n) αν και μόνο αν 2''m'' < ''n'' + 1. Υπάρχουν αναρίθμητα πολλά απο αυτά τα σύνολα και επίσης κάποια αναδρομικά αριθμητικά αλλά μη-υπολογίσιμα σύνολα του τύπου αυτού. Αργότερα, ο Degtev προέβλεψε την ιεράρχηση των αναδρομικά αριθμήσιμων συνόλων που είναι (1, n + 1), αλλά όχι (1, n). Μετά από μια μακρά φάση της έρευνας από Ρώσους επιστήμονες, το θέμα αυτό έγινε ξανά δημοφιλές στα δυτικά από την πραγματεία του Beigel για οριοθετημένα ερωτήματα, τα οποία συνδέουν τον υπολογισμό της συχνότητας με την προαναφερόμενη οριοθετημένη αναγωγή και άλλες συναφείς έννοιες. Ένα από τα σημαντικότερα αποτελέσματα ήταν Cardinality Θεωρία του Kummer η οποία αναφέρει ότι ένα σύνολο Α είναι υπολογίσιμο αν και μόνο αν υπάρχει n τέτοιο ώστε κάποιος αλγόριθμος απαριθμεί για κάθε πλειάδα των n διαφορετικούς αριθμούς μέχρι n πολλές πιθανές επιλογές αυτού του συνόλου των n αριθμών διασταυρώνεται με το Α. Αυτές οι επιλογές πρέπει να περιέχουν την πραγματική cardinality αλλά να αφήνουν έξω
=== Επαγωγικά Συμπεράσματα ===
Γραμμή 91 ⟶ 88 :
=== Γενικεύσεις της υπολογισιμότητας Turing ===
Η ανάδρομη θεωρία περιλαμβάνει τη μελέτη των γενικευμένων εννοιών του τομέα αυτού, όπως η [[αριθμητική αναγωγή]]
=== Συνεχής θεωρία υπολογισιμότητας ===
Η Θεωρία της υπολογισιμότητας για τον ψηφιακό υπολογισμό έχει αναπτυχθεί καλά. Η Θεωρία της υπολογισιμότητας
== Σχέσεις μεταξύ Προσδιορισιμότητας και Υπολογισιμότητας ==
Υπάρχουν στενοί δεσμοί μεταξύ του βαθμού Turing ενός συνόλου φυσικών αριθμών και της δυσκολίας (απο πλευράς [[αριθμητικής ιεραρχίας]]) προσδιορισμού αυτού του συνόλου χρησιμοποιώντας [[Λογική πρώτου βαθμού|Λογική Πρώτου Βαθμού]].Αυτή η σχέση έγινε εφικτή με την βοήθεια του [[θεωρήματος του Post]]. Μία λιγότερο ακριβής απόδειξη παρουσιάστηκε απο τον [[Κουρτ Γκέντελ]] με τις αποδείξεις του στα [[θεωρήματα ολοκληρωσιμότητας]] και [[μη ολοκληρωσιμότητας]].
Η Θεωρία της Αναδρομής συνδεέται με την [[αριθμητική δευτέρου τάξης]], μια τυπική θεωρία των φυσικών αριθμών και συνόλων φυσικών αριθμών.Το γεγονός οτι κάποια σύνολα ειναι υπολογίσιμα και κάποια σχετικά υπολογίσιμα συχνά σημαίνει ότι αυτά τα σύνολα μπορούν να οριστούν σε πιο αδύναμα υποσυστήματα αριθμητικής δευτέρου τάξης.Το πρόγραμμα των [[αντίστροφων μαθηματικών]] χρησιμοποιεί αυτά τα υποσυστήματα για να μετρήσει την μη υπολογισιμότητα σε κάποια πολύ γνωστά μαθηματικά θεωρήματα. Ο Simpson (1999) αναφέρεται σε πολλές πτυχές της αριθμητικής δεύτερης τάξης και reverse mathematics.
Ο κλάδος της [[Θεωρίας Αποδείξεων]] περιλαμβάνει την μελέτη της αριθμητικής δεύτερης ταξης και τα [[Αξιώματα Πεάνο]] όπως επίσης και τυπικές θεωρίες των φυσικών πιο αδύναμες από τα Αξιώματα Πεάνο.Μία μέθοδος κατηγοριοποιήσης της ισχύς αυτών των αδύναμων συστημάτων γίνεται με τον χαρακτηρισμό για ποιες υπολογίσμες συναρτήσεις το σύστημα μπορει να αποδειχθεί [[πλήρες]] (βλ. Fairtlough and Wainer (1998)).Για παράδειγμα ,στην [[θεμελιωδώς αναδρομική αριθμητική]] οποιαδήποτε συνάρτηση που ειναι πλήρης ειναι [[θεμελιωδώς αναδρομική]]
== Όνομα του Υποκειμένου ==
Το πεδίο της μαθηματικής λογικής που ασχολείται με την υπολογισιμότητα και τις γενικεύσεις της έχει χαρακτηριστεί ως «θεωρία αναδρομής» από τις πρώτες ημέρες της. Ο [[Robert I. Soare]] , ένας εξέχων ερευνητής στον τομέα, πρότεινε (Soare 1996) ότι το πεδίο θα πρέπει να ονομάζεται «θεωρία υπολογισιμότητας
== Οι Επαγγελματικές Οργανώσεις ==
Η κύρια επαγγελματική οργάνωση για τη θεωρία της αναδρομής είναι [[η Ένωση της Συμβολικής Λογικής]] , η οποία οργανώνει διάφορα ερευνητικά συνέδρια κάθε χρόνο. Η διεπιστημονική ερευνητική οργάνωση [[Υπολογισιμότητα στην Ευρώπη]] (CiE) διοργανώνει επίσης μια σειρά ετήσιων συνεδρίων. Το συνέδριο CiE 2012 ήταν η διάσκεψη εκατονταετίας [[Turing]]
== Σημειώσεις ==
# Πολλά από αυτά τα θεμελιώδη έγγραφα συλλέγονται στο The Undecidable (1965) που εκδόθηκε από τον [[Martin Davis]].
# Το πλήρες χαρτί μπορεί επίσης να βρεθεί στις σελίδες 150ff (με σχολιασμό από τον Charles Parsons στο 144ff) σε Feferman et al. συντάκτες 1990 Kurt Gödel Τόμος ΙΙ Εκδόσεις 1938-1974, Oxford University Press, Νέα Υόρκη, [[ISBN 978-0-19-514721-6]]. Και οι δύο έχουν τυπώσει την ακόλουθη υποσημείωση * στον όγκο Davis από τον Κουρτ Γκέντελ το 1965:
# [[Διάσκεψη για τη Λογική, Υπολογισιμότητα και τυχαιότητα]], 10 - 13 Ιαν 2007.
# Η αρχική σελίδα του Andre Nies έχει μια λίστα από ανοικτά προβλήματα στην πολυπλοκότητα Kolmogorov.
# [[Μαθηματικές|Μαθηματικές αναζητήσεις]] για τους τίτλους όπως «υπολογίσιμα enumerable
# Lance Fortnow,
# Stephen G. Simpson,
# Harvey Friedman, «[[η θεωρία Μετονομασία αναδρομής]],
== Βιβλιογραφία ==
; Προπτυχιακά Έντυπα
Γραμμή 139 ⟶ 135 :
; Έγγραφα Ερευνών και Συλλογές
:* K. Ambos-Spies and P. Fejer, 2006.
:* H. Enderton, 1977.
:* Y. L. Ershov, S. S. Goncharov, A. Nerode, and J. B. Remmel, 1998. ''Handbook of Recursive Mathematics'', North-Holland (1998). ISBN 0-7204-2285-X
:* M. Fairtlough and S. Wainer, 1998.
:* R. I. Soare, 1996. ''Computability and recursion,'' ''Bulletin of Symbolic Logic'' v. 2 pp. 284–321.
; Ερευνητικές Εργασίες και Συλλογές
:* Burgin, M. and Klinger, A.
:* A. Church, 1936a.
:* A. Church, 1936b.
:* M. Davis, ed., 1965. ''The Undecidable—Basic Papers on Undecidable Propositions, Unsolvable Problems and Computable Functions'', Raven, New York. Reprint, Dover, 2004. ISBN 0-486-43228-9
:* R. M. Friedberg, 1958.
Decomposition, II. Maximal Set, III. Enumeration without repetition.
:* Gold, E. Mark (1967), ''Language Identification in the Limit'' '''10''', Information and Control, pp. 447–474
:* L. Harrington and R. I. Soare, 1991.
:* C. Jockusch jr,
:* S. C. Kleene and E. L. Post, 1954.
:* Moore, C. (1996).
:* J. Myhill, 1956.
:* Orponen, P. (1997).
:* E. Post, 1944,
:* E. Post, 1947.
:* Shore, Richard A.; Slaman, Theodore A. (1999),
:* T. Slaman and W. H. Woodin, 1986.
:* R. I. Soare, 1974.
:* A. Turing, 1937.
:* A. Turing, 1939.
== Επιπλέον Σύνδεσμοι ==
|