- •Исчисления высказываний
- •Определение формального исчисления
- •Исчисление высказываний генценовского типа
- •Эквивалентность формул
- •Нормальные формы
- •Семантика исчисления секвенций
- •Исчисление высказываний гильбертовского типа
- •Алгоритмы проверки общезначимости и противоречивости в ив
- •Алгебраические системы. Формулы сигнатуры σ. Истинность формулы на алгебраической системе
- •Логика и исчисления предикатов
- •Секвенциальное исчисление предикатов
- •Эквивалентность формул в
- •Нормальные формы
- •Теорема о существовании модели
- •Исчисление предикатов гильбертовского типа
- •Скулемизация алгебраических систем
- •Метод резолюций в исчислении предикатов
- •Некоторые проблемы аксиоматического исчисления предикатов
- •Разрешимость
- •Непротиворечивость и независимость
- •Полнота в узком смысле
- •Полнота в широком смысле
- •Элементы теории алгоритмов
- •Машины Тьюринга
- •Функции, вычислимые на машинах Тьюринга.
- •Рекурсивные функции и отношения
- •Примитивно рекурсивные функции.
- •Примитивно рекурсивные отношения.
- •Частично рекурсивные функции.
- •Рекурсивно перечислимые отношения
- •Неразрешимость исчисления предикатов. Теорема Геделя о неполноте. Разрешимые и неразрешимые теории.
Примитивно рекурсивные отношения.
Отношение
называется
примитивно
рекурсивным (сокращенно
ПРО),
если примитивно рекурсивна характеристическая
функция
,
где
Пример1.
Отношения равенства x
= у и
делимости
х|у
(х делит
у)
примитивно
рекурсивны. Действительно, характеристические
функции χ=(x,у)
=
(|х
— у|) и
X|
(x,y)=
(rest(y,
x))
примитивно
рекурсивны.
Покажем, что теоретико-множественные операции над ПРО сохраняют примитивную рекурсивность.
Пусть
Р,
Q
—
некоторые отношения. Положим
,
,
,
Предложение
2. Если
P,Q
и
-
примитивно
рекурсивные отношения, то отношения
,
,
,
,
примитивно
рекурсивны.
Доказательство.
Поскольку
по условию примитивно
рекурсивны функции
,
,
примитивно
рекурсивными
являются также характеристические
функции
,
.
Теперь
из соотношений
и
вытекает
примитивная рекурсивность характеристических
функций
и
□
Записи
(
)
и
(
)
называются
ограниченными
кванторами.
Пусть
Ρ
—
некоторое отношение. Обозначим через
(
)Ρ(x1,...
,xn,z)
(k
+ 1)-местное
отношение {
}, через
(
)Ρ(x1,...
,xn,z)
(k
+ 1)-местное
отношение {
}
Следующее утверждение показывает, что примитивная рекурсивность отношений сохраняется при навешивании ограниченных кванторов.
Предложение
3. Если
Ρ
—
примитивно
рекурсивное отношение, то отношения
Q1=(
)Ρ(x1,...
,xn,z)
и
Q2=
(
)Ρ(x1,...
,xn,z)
примитивно рекурсивны.
Доказательство. Примитивная рекурсивность отношений Q1 и Q2 вытекает из следующих соотношений:
где
Пример
1.
Поскольку справедливо соотношение
(x+z
= у), отношение
примитивно
рекурсивно в
силу предложения 3.
Аналогично из
вытекает
примитивная
рекурсивность отношения x<
у.
Пусть
(
)
—
некоторая k-местная
операция на множестве Ν,
Ρ
.
Обозначим через
k-местную
операцию,
значение которой на наборе x
равно
Оператор,
ставящий в соответствие каждой операции
-к-местной
операции
и
отношению Ρ
операцию
называется
оператором
ограниченной минимизации.
Предложение
4.
Если
(
)
- ПРФ, Ρ
-
ПРО,
то
- ПРФ.
Пример
3.
Функция
которая
каждому натуральному числу x
ставит
в соответствие целую часть от квадратного
корня
из х,
примитивно
рекурсивна в силу предложения 4, поскольку
.
Примеры ПРФ. Нумерации кортежей натуральных чисел. Нумерацией множества X называется любая сюръекция ν: X —>N. Представлена "диагональная" нумерация множества Ν2, устанавливающая биекцию между множествами N и Ν2. Отображение с : Ν2 —> Ν, ставящее в соответствие каждой паре натуральных чисел (х, у) ее "диагональный" номер с(х, у), называется канторовской нумерующей функцией.
Т.е. пары (0,0), (0,1), (1,0), (0,2), (1,1), (2,0), (0,3),
По номеру n = с(х, у) однозначно определяются его левая координата 1(n) =x и правая координата r(n) = у.
Функции с, l и r удовлетворяют следующим тождествам:
с(1(п),r(п)) = п, 1(с(х,у)) = х, r(с(х,у)) = у.
Данные функции ПРФ.
Частично рекурсивные функции.
Будем
говорить, что функция
f(
)
получается
из функций g(
,
у) и
h(
,
у) с
помощью оператора
минимизации М, и
обозначать f(
)
= μy (g(
,
у)
h(
,
у)) или
f(
)
=
M(g(
,y),h(
,y)),
если
выполнено следующее условие:
f(
)
определено
и равно у
тогда
и только тогда, когда определены g(
,
0),
h(
,
0),
..., g(
,
у), h(
,
у) и
справедливы соотношения
g(
,
i)
> h(
,
i),
i
= 0,...,
у
-
1, g(
,
у)
h(
,
у).
Функция f : X —> Nk называется частично рекурсивной (ЧРФ), если она может быть получена из простейших ПРФ с помощью конечного числа применений операторов S, R и М. Частично рекурсивная функция называется рекурсивной (РФ), если она всюду определена.
Обозначим через М°(g, h) значение М(g, h), если функции g, h и М(g, h) всюду определены.
Функция f: X —> Nk называется общерекурсивной (ОРФ), если она может быть получена из простейших ПРФ с помощью конечного числа применений операторов S, R и М°.
Класс ЧРФ строго содержит класс РФ, поскольку, например, нигде не определенная функция f(x) = μy (s(x) < x) частично рекурсивна.
Класс РФ совпадает с классом ОРФ.
Класс
ОРФ строго содержит класс ПРФ. В качестве
примеров
общерекурсивных, но не примитивно
рекурсивных функций можно взять так
называемые быстрорастущие
функции,
т.е. такие
общерекурсивные функции f(x),
что
для каждой ПРФ g(х)
существует
число а
с
условием g(х)
< f(x)
при
x
а.
Вместо оператора R можно использовать арифметические операции, тогда
Предложение 1 Любая ЧРФ она может быть получена из простейших ПРФ и функций + и с помощью конечного числа применений операторов S, М.
Из определения ПРФ и ЧРФ следует, что любая ЧРФ является вычислимой, обратное носит имя Черча: любая вычислимая частичная функция частично рекурсивна.
Теорема об эквивалентности данных моделей алгоритмов Класс частично рекурсивных функций совпадает с классом функций, вычислимых по Тьюрингу.
