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原始げんし递归函数かんすう

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ざい计算せいなか原始げんし递归函数かんすう英語えいごprimitive recursive functions)对计さんてき完全かんぜんてき形式けいしき而言形成けいせい重要じゅうよう构造ばん块的いち类函すう。它们使用しよう递归复合さく中心ちゅうしん运算てい义,并且递归函数かんすうてき严格てきしゅう,它们完全かんぜん计算函数かんすうつう过补たかしまことへん函数かんすう介入かいにゅう无界查找运算以定义出递归函数かんすうてきさら广泛てき类。

通常つうじょうざいかずちゅう研究けんきゅうてき很多函数かんすう近似きんじ于实すう值函すう加法かほう除法じょほう阶乘指数しすう,找到だい n 个素すうとうとう原始げんし递归てき(Brainerd and Landweber, 1974)。实际じょう,很难设计原始げんし递归てき函数かんすうつきかんぼう些函すうやめ知的ちてき(おもねかつ曼函すう)。所以ゆえんつう研究けんきゅう它们,わが们能发现ゆう广泛かげ响的结论てき些性质。

原始げんし递归函数かんすう以用总是とまつくえてき图灵つくえ计算,而递归函すう需要じゅよう图灵完全かんぜんけい统。

原始げんし递归函数かんすうてき集合しゅうごうざい计算复杂せいちゅうさけべPR

てい

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原始げんし递归函数かんすう接受せつじゅ自然しぜんすうある自然しぜんすうてきもとさく为参すう生成せいせい自然しぜんすう接受せつじゅ n 个参すうてき函数かんすうさけべn-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よう如下公理こうり给出:

  1. 常数じょうすう函数かんすう: 0 げん常数じょうすう函数かんすう 0 原始げんし递归てき
  2. きさき继函すう: 1 げんきさき继函すう S,它接受せつじゅ一个参数并返回かわ亚诺公理こうり给出てききさき继数,原始げんし递归てき
  3. 投影とうえい函数かんすう: 对于所有しょゆう n≥1 ごと个 1≤in てき in もと投影とうえい函数かんすう Pin,它接受せつじゅ n 个参すう并返かい它们ちゅうてきだい i 个参すう原始げんし递归てき

さら复杂てき递归函数かんすう以通过应ようれつ公理こうり给出てき运算らい获得:

  1. 复合: 给定k もと原始げんし递归函数かんすう f km もと原始げんし递归函数かんすう g1,...,gkf g1,...,gk てき复合,也就 m もと函数かんすう h(x1,...,xm) = f(g1(x1,...,xm),...,gk(x1,...,xm)), 原始げんし递归てき
  2. 原始げんし递归: 给定 k もと原始げんし递归函数かんすう f k+2 げん原始げんし递归函数かんすう gてい义为 f g てき原始げんし递归てき k+1 げん函数かんすう,也就函数かんすう h 这里てき h(0,x1,...,xk) = f(x1,...,xk) 并且 h(S(n),x1,...,xk) = g(h(n,x1,...,xk),n,x1,...,xk), 原始げんし递归てき

ふく从这些公理こうりてき函数かんすう原始げんし递归てき,如果它是上述じょうじゅつ基本きほん函数かんすういちあるもの它可以通过应よう有限ゆうげん次数じすうてき运算获得基本きほん函数かんすう

投影とうえい函数かんすうてき作用さよう

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投影とうえい函数かんすう可用かようらい避免さいよう上述じょうじゅつあかり显刻いたてき函数かんすうもとかず方式ほうしきどおり使用しようかく投影とうえい函数かんすうてき复合,ゆう可能かのう一个函数的参数子集传递到另一个函数。れい如,如果 g h げん原始げんし递归函数かんすう,则

也是原始げんし递归てき使用しよう投影とうえい函数かんすうてき一个形式定义为

.

转换谓词到すう值函すう

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ざいぼう些设おけちゅう自然しぜんてきこう接受せつじゅ混合こんごうりょうすう值和值{ t= true, f=false } てきさんすうある生成せいせい值作为输てき原始げんし递归函数かんすう(まいり见 Kleene [1952 pp.226-227])。这可以通过把值识别为にんなん固定こてい方式ほうしきてきすう值来完成かんせいれい如,通常つうじょうしんt 识别为 1 かずしんf 识别为 0。一旦作出这种识别,集合しゅうごう A てきとくせい函数かんすう,它在文字もじじょうかえしかい 1 ある 0以被さく判定はんてい一个数是否在集合 A なかてき谓词。谓词识别为数值函すうてき这种方式ほうしきしょう假定かてい本文ほんぶんあまり部分ぶぶん

れい

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ちょく觉上わが们会加法かほう递归てきてい义为:

add(0,x)=x
add(n+1,x)=add(n,x)+1

为了使它适あい于严かくてき原始げんし递归てい义,わが们定义:

add(0,x)=P11(x)
add(S(n),x)=S(P13(add(n,x),n,x))

(注意ちゅうい: 这里てき P13 いち个函すう,它接受せつじゅ 3 个参すう并返かいだいいち个。)

P11 简单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;它扮えんじりょう f てきかくしょくS P13 てき复合,它是原始げんし递归てき,它扮えんじりょう g てきかくしょく

わが们可以定义有限ゆうげん减法,就是说,截止いた 0 てき减法(いん为我们还ぼつゆう负数てき概念がいねん呢)。くびさきわが们必须定义"ぜん驱" 函数かんすう,它担任たんにんきさき继函すうてき对立ぶつ

ちょく觉上わが们会まえ驱定义为:

pred(0)=0
pred(n+1)=n

为了使它适あい正式せいしきてき原始げんし递归てい义,わが们写:

pred(0)=0
pred(S(n))=P22(pred(n),n)

现在わが们以类似加法かほうてき方式ほうしきてい义减ほう

sub(0,x)=P11(x)
sub(S(n),x)=pred(P13(sub(n,x),n,x))

于简单的缘故,きり换了"标准"てい义的さんすう次序じじょらい适合原始げんし递归てき要求ようきゅう,就是说, sub(a,b) 对应于 b-a。这可以轻えきてき使用しよう适当てき投影とうえいらい矫正。

很多类似てき函数かんすう以被证明原始げんし递归てきいち些例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数学すうがく归纳ほう,并且原始げんし递归函数かんすう以被扩展らい运算ざい其他对象うえ如整すう有理数ゆうりすう

ざい整数せいすう有理数ゆうりすうじょうてき运算

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つう使用しよう哥德尔数原始げんし递归函数かんすう以被扩展いたざい其他对象如整すう有理数ゆうりすううえてき运算じょう。如果以标じゅん方式ほうしき编码整数せいすうよう哥德尔数,さん术运さん包括ほうかつ加法かほう、减法、乘法じょうほう原始げんし递归てき。类似てき,如果以哥とく尔数表示ひょうじ有理数ゆうりすう,则いき运算原始げんし递归てき

あずか递归函数かんすうてき联系

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つう介入かいにゅう无界查找さんてい义更广泛てきへん递归函数かんすう类。这个さんてき使用しよう以导致へん函数かんすう,就是说,对每个参すうゆう最多さいたいち个值,ただし不同ふどう于全函数かんすう必须对参すうゆう值的关系(まいりてい义域)。一个等价的定义声称偏递归函数是可以被图灵つくえ就算てき函数かんすうぜん递归函数かんすう所有しょゆう输入有定ありさだ义的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ぜん递归てきただし所有しょゆうぜん递归函数かんすう原始げんし递归てきおもねかつ曼函すう A(m,n)周知しゅうちてき原始げんし递归てき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使用しようおもねかつ曼函すうてきぜん递归函数かんすうてきしゅうてきいち个特せい。这个とくせいごえたたえ一个函数是原始递归的,とう且仅とうゆういち自然しぜんすう m 使つかいとく这个函数かんすう以被总在 A(m,n) あるさらしょう骤内とまつくえてき图灵つくえ计算,这里てき n 原始げんし递归函数かんすうてきまいりすうてき总数。

きりせい

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原始げんし递归函数かんすう图紧みつ对应于我们直觉上计算函数かんすう应该てき样子。当然とうぜん函数かんすうてきはつはじめ集合しゅうごうざいちょく觉上计算てき(いん为它们非常ひじょう简单),而你のうようらい建立こんりゅうしん原始げんし递归函数かんすうてき两个运算也是非常ひじょう直接的ちょくせつてきただし原始げんし递归函数かんすうてき集合しゅうごう包含ほうがん所有しょゆう可能かのうてき计算函数かんすう — 这可以看さくやすしたく对角论证ほうてき变体。这个论证提供ていきょうりょう一个不是原始递归的可计算函数。证明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计算まい。这个编号方案ほうあんざい函数かんすうてい义上唯一ゆいいつてきつきかんざい实际函数かんすう自身じしんじょう唯一ゆいいつてき(いん所有しょゆうてき函数かんすう以有无限すう目的もくてきてい义 — こう虑简单的ゆかり恒等こうとう函数かんすう构成)。这个编码ざい计算せいてき形式けいしき模型もけい递归函数かんすうある图灵つくえしたてい义的义上计算てき邱奇-图灵论题わたる及的にんなんつくえ以。

现在こう虑一个矩阵,这里てきぎょうざい这个编号方案ほうあんてきゆう一个参数的原始递归函数,而列自然しぜんすう。则每个元素げんそ (i, j) 对应于计さん于数 j これじょうてきだい iいちげん原始げんし递归函数かんすうわが们可以写为 fi(j)。

现在わが们考虑函すう g(x) = S(fx(x))。g くらい于这个矩阵的对角线上,并简单的对它找到てき值加いち。这个函数かんすう计算てき(按上述じょうじゅつてい义),ただしあかり显的ぼつ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いん为它あずかまい可能かのうてき原始げんし递归函数かんすうゆういたりしょう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原始げんし递归てき计算函数かんすう

这个论证以应よう于能よう这种方式ほうしきまい举的にんなんいち类的计算(あきら)函数かんすうじょう所以ゆえんにんなん这种计算(あきら)函数かんすうてきあかり确列おもて不可能ふかのう完全かんぜんてき如那些可以用判定はんてい计算てき函数かんすうただし要注意ようちゅういへん计算函数かんすう集合しゅうごう(些不需要じゅよう所有しょゆうさんすう有定ありさだ义的函数かんすう)以被あかり确的まい举,れい如通过枚举图灵つくえ编码。

以明确展示てんじてきいち个简单的 1-もと计算函数かんすうおもねかつ曼函すう,它是对任なん自然しぜんすう递归てい义的,ただし原始げんし递归てき

历史

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递归てい以前いぜんざい数学すうがくちゅうあるおおあるしょう正式せいしき使用しよう过,ただし原始げんし递归てき构造以追さかのぼいた查德·戴德きんてき "Was sind und was sollen die Zahlen? (1888). 这项工作こうさく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]

原始げんし递归さん术是ゆかりThoralf Skolemくび提出ていしゅつてき[4] 1923ねん

目前もくぜんてき术语ゆかりRózsa Péter(1934ねんざいWilkinsonこれきさき创造てき。(1934)ざいおもねかつ于1928ねん证明りょうこんてん以他名字みょうじ命名めいめいてき函数かんすう原始げんし递归函数かんすうきさき,这一事件じけん促使じん需要じゅようおもしん命名めいめいざいぜん简单しょう为递归函すうてき东西。

まいり

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ちゅう

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  1. ^ Peter Smith. 哥德尔定理ていり简介 2nd. 剑桥大学だいがく出版しゅっぱんしゃ. 2013: 98–99. ISBN 978-1-107-02284-3. 
  2. ^ George Tourlakis. Lectures in Logic and Set Theory: Volume 1, Mathematical Logic. Cambridge University Press. 2003: 129. ISBN 978-1-139-43942-8. 
  3. ^ Rod Downey (编). 图灵てき遗产。らい图灵逻辑思想しそうてき发展. 剑桥大学だいがく出版しゅっぱんしゃ. 2014: 474. ISBN 978-1-107-04348-0. 
  4. ^ Thoralf Skolem 。(1923) "The foundations of elementary arithmetic" in Jean van Heijenoort, translator and ed. (1967) From Frege to Gödel: A Source Book in Mathematical Logic, 1879-1931。Harvard Univ. Press: 302-33.

参考さんこう文献ぶんけん

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  • 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页面そん档备份そん互联网档あん
  • Daniel Severin 2008, Unary primitive recursive functions, J. Symbolic Logic Volume 73, Issue 4, pp.  1122-1138 arXiv页面そん档备份そん互联网档あんprojecteuclid页面そん档备份そん互联网档あん

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