在 ざい 可 か 计算性 せい 理 り 论中 なか ,原始 げんし 递归函数 かんすう (英語 えいご :primitive recursive functions )对计算 さん 的 てき 完全 かんぜん 的 てき 形式 けいしき 化 か 而言是 ぜ 形成 けいせい 重要 じゅうよう 构造板 ばん 块的一 いち 类函数 すう 。它们使用 しよう 递归 和 わ 复合 作 さく 为中心 ちゅうしん 运算来 き 定 てい 义,并且是 ぜ 递归函数 かんすう 的 てき 严格的 てき 子 こ 集 しゅう ,它们完全 かんぜん 是 ぜ 可 か 计算函数 かんすう 。通 つう 过补充 たかし 允 まこと 许偏 へん 函数 かんすう 和 わ 介入 かいにゅう 无界查找运算可 か 以定义出递归函数 かんすう 的 てき 更 さら 广泛的 てき 类。
通常 つうじょう 在 ざい 数 かず 论中 ちゅう 研究 けんきゅう 的 てき 很多函数 かんすう ,近似 きんじ 于实数 すう 值函数 すう ,比 ひ 如加法 かほう 、除法 じょほう 、阶乘 、指数 しすう ,找到第 だい n 个素数 すう 等 とう 等 とう 是 ぜ 原始 げんし 递归的 てき (Brainerd and Landweber, 1974)。实际上 じょう ,很难设计不 ふ 是 ぜ 原始 げんし 递归的 てき 函数 かんすう ,尽 つき 管 かん 某 ぼう 些函数 すう 是 ぜ 已 やめ 知的 ちてき (比 ひ 如阿 おもね 克 かつ 曼函数 すう )。所以 ゆえん ,通 つう 过研究 けんきゅう 它们,我 わが 们能发现有 ゆう 广泛影 かげ 响的结论的 てき 那 な 些性质。
原始 げんし 递归函数 かんすう 可 か 以用总是停 とま 机 つくえ 的 てき 图灵机 つくえ 计算,而递归函数 すう 需要 じゅよう 图灵完全 かんぜん 系 けい 统。
原始 げんし 递归函数 かんすう 的 てき 集合 しゅうごう 在 ざい 计算复杂性 せい 理 り 论 中 ちゅう 叫 さけべ 做PR 。
原始 げんし 递归函数 かんすう 接受 せつじゅ 自然 しぜん 数 すう 或 ある 自然 しぜん 数 すう 的 てき 元 もと 组作 さく 为参数 すう 并生成 せいせい 自然 しぜん 数 すう 。接受 せつじゅ n 个参数 すう 的 てき 函数 かんすう 叫 さけべ 做 n -元 もと 函数 かんすう 。基本 きほん 原始 げんし 递归函数 かんすう 用 よう 如下公理 こうり 给出:
常数 じょうすう 函数 かんすう : 0 元 げん 常数 じょうすう 函数 かんすう 0 是 ぜ 原始 げんし 递归的 てき 。
后 きさき 继函数 すう : 1 元 げん 后 きさき 继函数 すう S ,它接受 せつじゅ 一个参数并返回皮 かわ 亚诺公理 こうり 给出的 てき 后 きさき 继数,是 ぜ 原始 げんし 递归的 てき 。
投影 とうえい 函数 かんすう : 对于所有 しょゆう n ≥1 和 わ 每 ごと 个 1≤i ≤n 的 てき i ,n 元 もと 投影 とうえい 函数 かんすう P i n ,它接受 せつじゅ n 个参数 すう 并返回 かい 它们中 ちゅう 的 てき 第 だい i 个参数 すう ,是 ぜ 原始 げんし 递归的 てき 。
更 さら 加 か 复杂的 てき 递归函数 かんすう 可 か 以通过应用 よう 下 か 列 れつ 公理 こうり 给出的 てき 运算 来 らい 获得:
复合 : 给定k 元 もと 原始 げんし 递归函数 かんすう f ,和 わ k 个 m 元 もと 原始 げんし 递归函数 かんすう g 1 ,...,g k ,f 和 わ g 1 ,...,g k 的 てき 复合 ,也就是 ぜ m 元 もと 函数 かんすう h (x 1 ,...,x m ) = f (g 1 (x 1 ,...,x m ),...,g k (x 1 ,...,x m )), 是 ぜ 原始 げんし 递归的 てき 。
原始 げんし 递归 : 给定 k 元 もと 原始 げんし 递归函数 かんすう f ,和 わ k +2 元 げん 原始 げんし 递归函数 かんすう g ,定 てい 义为 f 和 わ g 的 てき 原始 げんし 递归的 てき k +1 元 げん 函数 かんすう ,也就是 ぜ 函数 かんすう h 这里的 てき h (0,x 1 ,...,x k ) = f (x 1 ,...,x k ) 并且 h (S (n ),x 1 ,...,x k ) = g (h (n ,x 1 ,...,x k ),n ,x 1 ,...,x k ), 是 ぜ 原始 げんし 递归的 てき 。
服 ふく 从这些公理 こうり 的 てき 函数 かんすう 是 ぜ 原始 げんし 递归的 てき ,如果它是上述 じょうじゅつ 基本 きほん 函数 かんすう 之 の 一 いち ,或 ある 者 もの 它可以通过应用 よう 有限 ゆうげん 次数 じすう 的 てき 运算获得自 じ 基本 きほん 函数 かんすう 。
投影 とうえい 函数 かんすう 可用 かよう 来 らい 避免采 さい 用 よう 上述 じょうじゅつ 明 あかり 显刻板 いた 的 てき 函数 かんすう 元 もと 数 かず 方式 ほうしき ;通 どおり 过使用 しよう 各 かく 种投影 とうえい 函数 かんすう 的 てき 复合,有 ゆう 可能 かのう 把 わ 一个函数的参数子集传递到另一个函数。例 れい 如,如果 g 和 わ h 是 ぜ 二 に 元 げん 原始 げんし 递归函数 かんすう ,则
f
(
a
,
b
,
c
)
=
g
(
h
(
a
,
c
)
,
h
(
a
,
b
)
)
{\displaystyle f(a,b,c)=g(h(a,c),h(a,b))\!}
也是原始 げんし 递归的 てき 。使用 しよう 投影 とうえい 函数 かんすう 的 てき 一个形式定义为
f
(
a
,
b
,
c
)
=
g
(
h
(
P
1
3
(
a
,
b
,
c
)
,
P
3
3
(
a
,
b
,
c
)
)
,
h
(
P
1
3
(
a
,
b
,
c
)
,
P
2
3
(
a
,
b
,
c
)
)
)
{\displaystyle f(a,b,c)=g(h(P_{1}^{3}(a,b,c),P_{3}^{3}(a,b,c)),h(P_{1}^{3}(a,b,c),P_{2}^{3}(a,b,c)))}
.
在 ざい 某 ぼう 些设置 おけ 中 ちゅう ,自然 しぜん 的 てき 考 こう 虑接受 せつじゅ 混合 こんごう 了 りょう 数 すう 值和真 ま 值{ t= true, f=false } 的 てき 参 さん 数 すう ,或 ある 生成 せいせい 真 ま 值作为输出 で 的 てき 原始 げんし 递归函数 かんすう (参 まいり 见 Kleene [1952 pp.226-227])。这可以通过把真 ま 值识别为任 にん 何 なん 固定 こてい 方式 ほうしき 的 てき 数 すう 值来完成 かんせい 。例 れい 如,通常 つうじょう 把 わ 真 しん 值t 识别为 1 和 かず 真 しん 值 f 识别为 0 。一旦作出这种识别,集合 しゅうごう A 的 てき 特 とく 征 せい 函数 かんすう ,它在文字 もじ 上 じょう 返 かえし 回 かい 1 或 ある 0 ,可 か 以被看 み 作 さく 判定 はんてい 一个数是否在集合 A 中 なか 的 てき 谓词。把 わ 谓词识别为数值函数 すう 的 てき 这种方式 ほうしき 将 しょう 假定 かてい 于本文 ほんぶん 余 あまり 下 か 部分 ぶぶん 。
直 ちょく 觉上我 わが 们会把 わ 加法 かほう 递归的 てき 定 てい 义为:
add(0,x )=x
add(n +1,x )=add(n ,x )+1
为了使 し 它适合 あい 于严格 かく 的 てき 原始 げんし 递归定 てい 义,我 わが 们定义:
add(0,x )=P 1 1 (x )
add(S(n ),x )=S (P 1 3 (add(n ,x ),n ,x ))
(注意 ちゅうい : 这里的 てき P 1 3 是 ぜ 一 いち 个函数 すう ,它接受 せつじゅ 3 个参数 すう 并返回 かい 第 だい 一 いち 个。)
P 1 1 是 ぜ 简单的 てき 恒等 こうとう 函数 かんすう ;包含 ほうがん 它是上述 じょうじゅつ 原始 げんし 递归运算定 さんてい 义的要求 ようきゅう ;它扮演 えんじ 了 りょう f 的 てき 角 かく 色 しょく 。S 和 わ P 1 3 的 てき 复合,它是原始 げんし 递归的 てき ,它扮演 えんじ 了 りょう g 的 てき 角 かく 色 しょく 。
我 わが 们可以定义有限 ゆうげん 减法 ,就是说,截止到 いた 0 的 てき 减法(因 いん 为我们还没 ぼつ 有 ゆう 负数的 てき 概念 がいねん 呢)。首 くび 先 さき 我 わが 们必须定义"前 ぜん 驱" 函数 かんすう ,它担任 たんにん 后 きさき 继函数 すう 的 てき 对立物 ぶつ 。
直 ちょく 觉上我 わが 们会把 わ 前 まえ 驱定义为:
pred(0)=0
pred(n +1)=n
为了使 し 它适合 あい 正式 せいしき 的 てき 原始 げんし 递归定 てい 义,我 わが 们写:
pred(0)=0
pred(S(n ))=P 2 2 (pred(n ),n )
现在我 わが 们以类似加法 かほう 的 てき 方式 ほうしき 定 てい 义减法 ほう 。
sub(0,x )=P 1 1 (x )
sub(S(n ),x )=pred(P 1 3 (sub(n ,x ),n ,x ))
出 で 于简单的缘故,切 きり 换了"标准"定 てい 义的参 さん 数 すう 次序 じじょ 来 らい 适合原始 げんし 递归的 てき 要求 ようきゅう ,就是说, sub(a ,b ) 对应于 b -a 。这可以轻易 えき 的 てき 使用 しよう 适当的 てき 投影 とうえい 来 らい 矫正。
很多类似的 てき 函数 かんすう 可 か 以被证明是 ぜ 原始 げんし 递归的 てき ;一 いち 些例子 こ 包括 ほうかつ 条件 じょうけん 、指数 しすう 、素数 そすう 检验和 わ 数学 すうがく 归纳法 ほう ,并且原始 げんし 递归函数 かんすう 可 か 以被扩展来 らい 运算在 ざい 其他对象上 うえ 比 ひ 如整数 すう 和 わ 有理数 ゆうりすう 。
在 ざい 整数 せいすう 和 わ 有理数 ゆうりすう 上 じょう 的 てき 运算[ 编辑 ]
通 つう 过使用 しよう 哥德尔数 ,原始 げんし 递归函数 かんすう 可 か 以被扩展到 いた 在 ざい 其他对象比 ひ 如整数 すう 和 わ 有理数 ゆうりすう 上 うえ 的 てき 运算上 じょう 。如果以标准 じゅん 方式 ほうしき 编码整数 せいすう 用 よう 哥德尔数,算 さん 术运算 さん 包括 ほうかつ 加法 かほう 、减法、乘法 じょうほう 都 と 是 ぜ 原始 げんし 递归的 てき 。类似的 てき ,如果以哥德 とく 尔数表示 ひょうじ 有理数 ゆうりすう ,则域 いき 运算都 と 是 ぜ 原始 げんし 递归的 てき 。
通 つう 过介入 かいにゅう 无界查找算 さん 子 こ 可 か 定 てい 义更广泛的 てき 偏 へん 递归函数 かんすう 类。这个算 さん 子 こ 的 てき 使用 しよう 可 か 以导致偏 へん 函数 かんすう ,就是说,对每个参数 すう 有 ゆう 最多 さいた 一 いち 个值,但 ただし 是 ぜ 不同 ふどう 于全函数 かんすう ,不 ふ 必须对参数 すう 有 ゆう 值的关系(参 まいり 见定 てい 义域 )。一个等价的定义声称偏递归函数是可以被图灵机 つくえ 就算的 てき 函数 かんすう 。全 ぜん 递归函数 かんすう 是 ぜ 对所有 しょゆう 输入有定 ありさだ 义的偏 へん 递归函数 かんすう 。
所有 しょゆう 原始 げんし 递归函数 かんすう 都 と 是 ぜ 全 ぜん 递归的 てき ,但 ただし 不 ふ 是 ぜ 所有 しょゆう 全 ぜん 递归函数 かんすう 都 と 是 ぜ 原始 げんし 递归的 てき 。阿 おもね 克 かつ 曼函数 すう A (m ,n )是 ぜ 周知 しゅうち 的 てき 不 ふ 是 ぜ 原始 げんし 递归的 てき 全 ぜん 递归函数 かんすう 。原始 げんし 递归函数 かんすう 有作 ゆうさく 为使用 しよう 阿 おもね 克 かつ 曼函数 すう 的 てき 全 ぜん 递归函数 かんすう 的 てき 子 こ 集 しゅう 的 てき 一 いち 个特征 せい 。这个特 とく 征 せい 声 ごえ 称 たたえ 一个函数是原始递归的,当 とう 且仅当 とう 有 ゆう 一 いち 个自然 しぜん 数 すう m 使 つかい 得 とく 这个函数 かんすう 可 か 以被总在 A(m ,n ) 或 ある 更 さら 少 しょう 步 ふ 骤内停 とま 机 つくえ 的 てき 图灵机 つくえ 计算,这里的 てき n 是 ぜ 原始 げんし 递归函数 かんすう 的 てき 参 まいり 数 すう 的 てき 总数。
原始 げんし 递归函数 かんすう 意 い 图紧密 みつ 对应于我们直觉上可 か 计算函数 かんすう 应该的 てき 样子。当然 とうぜん 函数 かんすう 的 てき 初 はつ 始 はじめ 集合 しゅうごう 在 ざい 直 ちょく 觉上是 ぜ 可 か 计算的 てき (因 いん 为它们非常 ひじょう 简单),而你能 のう 用 よう 来 らい 建立 こんりゅう 新 しん 原始 げんし 递归函数 かんすう 的 てき 两个运算也是非常 ひじょう 直接的 ちょくせつてき 。但 ただし 是 ぜ 原始 げんし 递归函数 かんすう 的 てき 集合 しゅうごう 不 ふ 包含 ほうがん 所有 しょゆう 可能 かのう 的 てき 可 か 计算函数 かんすう — 这可以看作 さく 康 やすし 托 たく 尔对角论证法 ほう 的 てき 变体。这个论证提供 ていきょう 了 りょう 一个不是原始递归的可计算函数。证明的 てき 梗概 こうがい 如下:
原始 げんし 递归函数 かんすう 集合 しゅうごう 可 か 以被 ひ 计算枚 まい 举 。这个编号方案 ほうあん 在 ざい 函数 かんすう 定 てい 义上是 ぜ 唯一 ゆいいつ 的 てき ,尽 つき 管 かん 在 ざい 实际函数 かんすう 自身 じしん 上 じょう 不 ふ 是 ぜ 唯一 ゆいいつ 的 てき (因 いん 为所有 しょゆう 的 てき 函数 かんすう 都 と 可 か 以有无限数 すう 目的 もくてき 定 てい 义 — 考 こう 虑简单的由 ゆかり 恒等 こうとう 函数 かんすう 构成)。这个编码在 ざい 可 か 计算性 せい 的 てき 形式 けいしき 模型 もけい ,比 ひ 如递归函数 かんすう 或 ある 图灵机 つくえ 下 した 定 てい 义的意 い 义上是 ぜ 可 か 计算的 てき ,邱奇-图灵论题 涉 わたる 及的任 にん 何 なん 机 つくえ 器 き 都 と 可 か 以。
现在考 こう 虑一个矩阵,这里的 てき 行 ぎょう 是 ぜ 在 ざい 这个编号方案 ほうあん 下 か 的 てき 有 ゆう 一个参数的原始递归函数,而列是 ぜ 自然 しぜん 数 すう 。则每个元素 げんそ (i , j ) 对应于计算 さん 于数 j 之 これ 上 じょう 的 てき 第 だい i 个一 いち 元 げん 原始 げんし 递归函数 かんすう 。我 わが 们可以写为 f i (j )。
现在我 わが 们考虑函数 すう g (x ) = S(f x (x ))。g 位 くらい 于这个矩阵的对角线上,并简单的对它找到的 てき 值加一 いち 。这个函数 かんすう 是 ぜ 可 か 计算的 てき (按上述 じょうじゅつ 定 てい 义),但 ただし 是 ぜ 明 あかり 显的没 ぼつ 有 ゆう 计算它的原始 げんし 递归函数 かんすう 存在 そんざい ,因 いん 为它与 あずか 每 まい 个可能 かのう 的 てき 原始 げんし 递归函数 かんすう 都 と 有 ゆう 至 いたり 少 しょう 一 いち 个值不同 ふどう 。所以 ゆえん ,必然 ひつぜん 存在 そんざい 不 ふ 是 ぜ 原始 げんし 递归的 てき 可 か 计算函数 かんすう 。
这个论证可 か 以应用 よう 于能用 よう 这种方式 ほうしき 枚 まい 举的任 にん 何 なん 一 いち 类的可 か 计算(全 あきら )函数 かんすう 上 じょう 。所以 ゆえん ,任 にん 何 なん 这种可 か 计算(全 あきら )函数 かんすう 的 てき 明 あかり 确列表 おもて 都 と 不可能 ふかのう 是 ぜ 完全 かんぜん 的 てき ,比 ひ 如那些可以用判定 はんてい 器 き 计算的 てき 函数 かんすう 。但 ただし 是 ぜ 要注意 ようちゅうい ,偏 へん 可 か 计算函数 かんすう 集合 しゅうごう (那 な 些不需要 じゅよう 对所有 しょゆう 参 さん 数 すう 有定 ありさだ 义的函数 かんすう )可 か 以被明 あかり 确的枚 まい 举,例 れい 如通过枚举图灵机 つくえ 编码。
可 か 以明确展示 てんじ 的 てき 一 いち 个简单的 1-元 もと 可 か 计算函数 かんすう 阿 おもね 克 かつ 曼函數 すう ,它是对任何 なん 自然 しぜん 数 すう 递归定 てい 义的,但 ただし 不 ふ 是 ぜ 原始 げんし 递归的 てき 。
递归定 てい 义 以前 いぜん 在 ざい 数学 すうがく 中 ちゅう 或 ある 多 おお 或 ある 少 しょう 地 ち 被 ひ 正式 せいしき 使用 しよう 过,但 ただし 原始 げんし 递归的 てき 构造可 か 以追溯 さかのぼ 到 いた 理 り 查德·戴德金 きん 的 てき "Was sind und was sollen die Zahlen? (1888). 这项工作 こうさく 是 ぜ 第 だい 一个给出某个递归结构定义了一个唯一函数的证明。 [ 1] [ 2] [ 3]
原始 げんし 递归算 さん 术是由 ゆかり Thoralf Skolem 首 くび 次 じ 提出 ていしゅつ 的 てき [ 4] 1923年 ねん 。
目前 もくぜん 的 てき 术语是 ぜ 由 ゆかり Rózsa Péter (1934年 ねん )在 ざい Wilkinson 之 これ 后 きさき 创造的 てき 。(1934)在 ざい 阿 おもね 克 かつ 曼 于1928年 ねん 证明了 りょう 今 こん 天 てん 以他名字 みょうじ 命名 めいめい 的 てき 函数 かんすう 不 ふ 是 ぜ 原始 げんし 递归函数 かんすう 之 の 后 きさき ,这一事件 じけん 促使人 じん 们需要 じゅよう 重 おも 新 しん 命名 めいめい 在 ざい 那 な 之 の 前 ぜん 被 ひ 简单称 しょう 为递归函数 すう 的 てき 东西。
Brainerd, W.S., Landweber, L.H. (1974), Theory of Computation , Wiley, ISBN 0-471-09585-0 .
Robert I. Soare , Recursively Enumerable Sets and Degrees , Springer-Verlag, 1987. ISBN 0-387-15299-7
Stephen Kleene (1952) Introduction to Metamathematics , North-Holland Publishing Company, New York, 11th reprint 1971: (2nd edition notes added on 6th reprint). In Chapter XI. General Recursive Functions §57
George Boolos , John Burgess , Richard Jeffrey (2002), Computability and Logic: Fourth Edition , Cambridge University Press, Cambridge, UK. Cf pp. 70-71.
Robert I. Soare 1995 Computability and Recursion http://www.people.cs.uchicago.edu/~soare/History/compute.pdf (页面存 そん 档备份 ,存 そん 于互联网档案 あん 馆 )
Daniel Severin 2008, Unary primitive recursive functions , J. Symbolic Logic Volume 73, Issue 4, pp. 1122-1138 arXiv (页面存 そん 档备份 ,存 そん 于互联网档案 あん 馆 ) projecteuclid (页面存 そん 档备份 ,存 そん 于互联网档案 あん 馆 )
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