44 votos

¿Qué tan grande es el ÁRBOL (3)?

Friedman, en http://www.math.osu.edu/~friedman.8/pdf/EnormousInt112201.pdf, muestra que el ÁRBOL de(3) es mucho mayor que n(4), sí acotado abajo por $A^{A(187195)}(3)$ (donde $A$ es el de la función de Ackerman y exponenciación denota iteración). Pero, en realidad, mediante el rápido crecimiento de la jerarquía, $n(p)$ es menor que $f_{\omega^{\omega^\omega}}(p)$ (mostrado por Friedman en http://www.math.osu.edu/~friedman.8/pdf/finiteseq10_8_98.pdf), mientras que parece que el ÁRBOL crece más rápido que $f_{\Gamma_0}$ (${\Gamma_0}$ siendo el Feferman-Schütte ordinal). Por lo que bien podría ser que en realidad ÁRBOL(3) es mayor que, por ejemplo, n(n(4)), o incluso cualquier número se puede expresar por iteraciones de n. Lo que se sabe sobre esta cuestión?

Para referencia, que debería haber añadido que el ÁRBOL de(3) es la increíble (en primera o incluso segunda mirada) gran respuesta a la pregunta : "que es la longitud de la secuencia más larga $(T_2,T_3,T_4,\dots,T_n)$ de etiquetado árboles que $T_k$ tiene más de $k$ nodos etiquetados $a$ o $b$, e $T_i$ no es un subárbol de $T_j$ para $i < j$ ?".

Aquí, los árboles están arraigados los árboles, y son tratados como poset en sus conjuntos de vértices. Un árbol de $T$ se llama un subárbol de $T'$ si hay un inf-la preservación de la incrustación de $T$ a $T'$, (es decir, un inyectiva mapa de $h:Vertices(T) \to Vertices(T')$ tal que $h(\inf(x,y)) = \inf((h(x), h(y))$) que respeta el etiquetado por $a$ o $b$.

30voto

Jordan 1GT Puntos 695

Creo que puedo afirmar con confianza que el ÁRBOL de(3) es mayor que $f_{\vartheta (\Omega^{\omega}, 0)} (n(4))$, dada una definición natural de $f$ a a $\vartheta (\Omega^{\omega}, 0)$. Puedo afirmar con certeza que el ÁRBOL de(3) es mayor que $H_{\vartheta (\Omega^{\omega}, 0)} (n(4))$, donde H es cierta la versión de los Hardy jerarquía.

Para obtener este resultado, en primer lugar definir una versión de ÁRBOL(n) para no marcado de los árboles:

Vamos árbol(n) ser la longitud de la secuencia más larga de etiqueta árboles arraigados $T_1, T_2, \ldots, T_m$ tal que $T_i$ tiene menos de o igual a $n+i$ vértices y para el no $i, j$ con $i < j$ do tenemos $T_i$ homeomorphically integrable en $T_j$. (Nota: el término "incrustada" en lugar de "subtree"; los términos son diferentes, y creo que con "subtree" daría lugar a secuencias infinitas.)

Con el fin de obtener una larga secuencia de árboles, vamos a definir un orden en la etiqueta árboles de raíces. Esta definición será por inducción sobre la suma de las alturas de los dos árboles que se compara.

Definir una inmediata subárbol de un árbol de raíces $T$ a de ser un subárbol a partir de uno de sus hijos.

Dados dos árboles arraigados $S, T$, definimos $S = T$ si los dos árboles son idénticos. Definimos $S \leq T$ si $S = T$ o $S < T$.

Dados dos árboles arraigados $S, T$, definimos $ < $ como sigue. Decir $S < T$ si $S \leq T_i$ donde $T_i$ es inmediata subárbol de $T$. Del mismo modo, decir $T < S$ si $T \leq S_i$ donde $S_i$ es inmediata subárbol de $S$.

De lo contrario, comparar el número de niños de $S$ e $T$. Si $S$ tiene más hijos que los $T$,, a continuación,$S > T$, y viceversa.

De lo contrario, supongamos $S$ e $T$ ambos tienen $n$ niños. Deje $S_1, S_2, \ldots, S_n$ e $T_1, T_2, \ldots T_n$ ser la inmediata subárboles de $S$ e $T$ respectivamente, ordenadas de menor a mayor. Compare $S_1$ a$T_1$,, a continuación, $S_2$ a $T_2$, etc., hasta que llegamos a un par de desigual árboles $S_i$ e $T_i$. Si $S_i > T_i$ entonces $S > T$, y viceversa. Por supuesto, de todos los pares de inmediato subárboles son iguales, $S$ e $T$ va a ser igual.

Esto le da un orden lineal en la etiqueta árboles de raíces, y se puede demostrar que este es un bien de orden. Además, este ordenamiento es de orden tipo de $\vartheta(\Omega^\omega,0)$. Esta definición es una modificación de un pedido de ordenada árboles de raíces debido a Levitz, y se expuso en papeles con el síndrome de Jervell.

A partir de este pedido podemos definir fundamentales de las secuencias de los números ordinales hasta el $\vartheta (\Omega^{\omega}, 0)$. Simplemente, dado un ordinal $\alpha$, vamos a $\alpha[n]$ ser el más grande ordinal menos de $\alpha$ correspondiente a un árbol de la $n$ vértices o menos.

A partir de esto, podemos definir nuestra versión de los Hardy jerarquía:

$H_0(n) = n$

$H_{\alpha + 1}( n) = H_{\alpha}( n+1)$

Para $\alpha$ un ordinal límite, $H_{\alpha}( n) = H_{\alpha[n+1]}( n+1)$

Tenga en cuenta el $n+1$'s en la última línea - esto difiere de la habitual de los valores de $n$. Por supuesto, esto sólo hará las funciones de mayor tamaño.

$H_{\alpha}( n)$ para $\alpha < \vartheta (\Omega^{\omega}, 0)$ es el índice final $m$ en la secuencia de los árboles $T_n, T_{n+1}, \ldots, T_m$ donde $T_n$ corresponde a $\alpha$ e $T_i$ es el árbol más grande con en la mayoría de las $i$ vértices que es menor que $T_{i-1}$, e $T_m$ es el árbol con un vértice. Por lo tanto $H_{\vartheta (\Omega^{\omega}, 0)}( n)$ será el último índice de $m$ en la secuencia de los árboles $T_{n+1}, T_{n+2}, \ldots, T_m$ donde $T_{n+1}$ es arbitrario.

Así árbol(n) $\geq H_{\vartheta (\Omega^{\omega}, 0)}( n) - n$.

Entonces, ¿dónde ÁRBOL(3) vendrá? Harvey Friedman mismo explica en un post a los Fundamentos de la Matemática tableros de mensajes:

http://www.cs.nyu.edu/pipermail/fom/2006-March/010260.html

En el post se explica por qué una prueba del teorema "de ÁRBOL(3) existe" en la teoría de la $ACA_0 + Pi^1_2 - BI$ debe tener más de 2^^1000 símbolos. Lo hace mostrando que el ÁRBOL(3) debe de ser muy grande - en concreto, se construye una secuencia de más de $n(4)$ árboles de raíces etiqueta de {1,2,3} tal que $T_i$ tiene más de $i$ vértices, para no $i, j$ con $i < j$ do tenemos $T_i$ homeomorphically integrable en $T_j$, y cada árbol contiene un 2 o una etiqueta 3 de la etiqueta. Podemos, por supuesto, continuar con este árbol($n(4)$) árboles con todas las etiquetas 1. Así tenemos

ÁRBOL(3) $\geq$ árbol de$(n(4)) + n(4) \geq H_{\vartheta (\Omega^{\omega}, 0)}(n(4))$

De hecho, podemos hacer algo mejor que esto, podemos reemplazar la $n(4)$ por encima de por $F(4)$ donde $F(4)$ se define como la longitud de la secuencia más larga de secuencias de $x_1, x_2, \ldots x_n$ a partir de {1,2,3,4} tal que $x_i$ tiene una longitud de $i+1$ y para el no $i,j$ con $i < j$ do tenemos $x_i$ una larga de $x_j$. Puedo ser mucho mejor de los límites para la $F(4)$ de Friedman límite inferior de $n(4)$; en concreto,

$F(4) > f_{\omega^2 + \omega + 1}f_{\omega^2 + \omega + 1}f_{\omega^2 + \omega}f_{\omega^2 + 1}f_{\omega^2 + 1}f_{\omega^2}f_{ \omega + 1}f_{ \omega + 1}f_{\omega}(30)$

Pero tal especificidad es tal vez injustificado dado lo lejos de ÁRBOL(3) puede ser.

13voto

Drew Noakes Puntos 1176

Tal vez debería haber hecho esta pregunta a Harvey Friedman mismo... de todos Modos, una razonable respuesta es dada en la página de discusión de la Wikipedia artículo sobre la prueba de Kruskal árbol teorema : http://en.wikipedia.org/wiki/Talk:Kruskal%27s_tree_theorem#Correcting_TREE.282.29 , donde uno puede encontrar de esta cita (de H. Friedman a sí mismo) : "Además, los números derivados de Goodstein secuencias o París/Harrington teoría de Ramsey, aunque mayor que n(4), también son completamente IMPERCEPTIBLE en comparación a los ÁRBOLES[3]." Precisa que mis comentarios (y la respuesta Dylan Thurston), quiero decir que el ÁRBOL de(3) es mayor que expresiones como $n^{n^{n(100)}(100)}(100)$ donde, digamos, de nuevo exponenciación medio de la iteración, y toda la expresión no tiene más de $n(4)$ símbolos ; esto sería cierto si, por ejemplo, como se ha sugerido, tuvimos ÁRBOL(3)$>f_{\Gamma_0}(n(4))$. Para referencia, que debería haber añadido que el ÁRBOL de(3) es la increíble (en primera o incluso segunda mirada) gran respuesta a la pregunta : "que es la longitud de la secuencia más larga $(T_2,T_3,T_4,\dots,T_n)$ de etiquetado árboles que $T_k$ tiene más de $k$ nodos etiquetados $a$ o $b$, e $T_i$ no es un subárbol de $T_j$ para $i < j$ ?".

7voto

Trevor Alexander Puntos 170

(A continuación se presentan dos comentarios, publicado esta manera porque yo ("r.e.s".) no puede enviar comentarios directamente.)

Comentario sobre la respuesta de la "Deedlit":

Lo hace mostrando que el ÁRBOL(3) debe de ser muy grande - en concreto, la que construye una secuencia de más de $n(4)$ árboles de raíces etiqueta de {1,2,3} tal que $T_i$ ha en la mayoría de las $i$ vértices, para no $i,j$ con $i \lt j$ do tenemos $T_i$ homeomorphically embeddable en $T_j$, y cada árbol contiene un 2 o una etiqueta 3 de la etiqueta. Podemos, por supuesto, continuar esto con el árbol de$(n(4))$ árboles con todas las etiquetas 1.

Eso no es cierto. Su primer árbol de $T_1$ usos de la etiqueta 3 (esta etiqueta no puede ser utilizado más tarde en todos), seguido por más de $n(4)$ árboles mediante el uso de etiquetas 1,2 -- no, como usted escribió, mediante el uso de etiquetas 2,3. Es debido a la forma en que estos últimos {1,2}-etiquetado de los árboles se construyen, que sin embargo, pueden ser seguidos por una larga secuencia de árboles usando sólo la etiqueta 1. (Me muestra el comienzo de su secuencia en mi otro comentario más abajo, utilizando el soporte de expresiones en las que el soporte de tipos (),[],{} corresponden a sus etiquetas 1,2,3 respectivamente).

De hecho, podemos hacer algo mejor que esto, podemos reemplazar la $n(4)$ por encima de por $F(4)$, donde $F(4)$ se define como la longitud de la secuencia más larga de secuencias de $x_1,x_2,…x_n$ a partir de {1,2,3,4} tal que $x_i$ tiene una longitud de $i+1$ y para el no $i,j$ con $i \lt j$ do tenemos $x_i$ una larga de $x_j$.

En realidad, podemos hacerlo aún mejor, aunque estos pueden ser relativamente "pequeños" ajustes: jugando con varias formas de iniciar un largo incrustación-libre de la secuencia, se puede mejorar en la secuencia construido por Friedman (se muestra abajo), pero aún con su método de codificación de $n()$- o $F()$-tipo de palabra más larga-a través de secuencias de ciertos subárboles. Por ejemplo, uno puede encontrar las secuencias que muestran (en Deedlit la notación)

ÁRBOL(3) $\ \geq \ $ árbol de$(N) + \\ N \ \geq \ H_{\vartheta (\Omega^{\omega}, 0)}(N)$

donde

$N \ = \ F_\omega F_\omega F_\omega F_{\omega+1} F_\omega F_\omega \ F(4)$

con $F_\alpha$ siendo un rápido crecimiento de la jerarquía que comienza con $F_0 = F$, en lugar de comienzo como de costumbre con $F_0(x) = x+1$. (Friedman demostró que $F$ tiempo domina todos los $f_{\lt \omega^\omega}$ habitual en el rápido crecimiento de la jerarquía.)

He publicado una muy breve derivación-sketch de este resultado.


Comentario sobre la respuesta de la "Feldman Denis":

[ÁRBOL(3)] es la longitud de la secuencia más larga $(T_2,T_3,T_4,…,T_n)$ de etiquetado de los árboles tal que $T_k$ tiene más de $k$ nodos etiquetados $a$ o $b$, e $T_i$ no es un subárbol de $T_j$ para $i \lt j$.

En lugar de "no es un subárbol de", que debe ser "no es homeomorphically integrable en", que es un requerimiento más exigente. (Es posible que no exista una más de la secuencia en el menos estrictas caso. Una situación similar ocurre para Friedman $n()$ e $F()$ funciones en relación palabra-secuencias: estos uso "no es un subsequence de" lugar de los que tienen menos estrictas "no es una subcadena de", que no hay palabra más larga secuencia en el último caso.) Con esta corrección, y al comenzar con $T_2$, la longitud de la secuencia resultante, por supuesto, ser ÁRBOL(3) - 1.

Una manera conveniente de representar estos árboles es el uso de anidado de soporte (expresiones bien formadas de la forma habitual con pares de coincidencia entre paréntesis) de la participación de sólo tres soporte-tipos-por ejemplo (),[],{} -- cada árbol está únicamente representado por un nido de dichos corchetes (hasta el isomorfismo con respecto a los hermanos de la orden). Un límite inferior en el ÁRBOL(3) es la longitud de una secuencia más larga $(X_1,X_2,…,X_n)$ de los nidos de tal manera que cada $X_k$ tiene más de $k$ soporte de pares y el no $X_i$ está incrustado en un posterior $X_j$ donde $X$ está incrustado en $Y$ significa que $X$ puede ser obtenido a partir de $Y$ por el borrado de cero o más pares de coincidencia entre corchetes. (Por lo tanto, si $X$ no está incorporado en $Y$, entonces el árbol representado por $X$ no es inf-y-etiqueta-la preservación de integrable en el árbol representado por $Y$; lo contrario, sin embargo, no se sostiene.)

Debido a $X_1$ debe ser algo único soporte de par que puede aparecer en cualquier otro nido en una incrustación libre de la secuencia, se puede asumir que $X_1=\ ${}, con todos los nidos utilizando sólo los dos soporte de tipos (),[]. También, tenga en cuenta que el ÁRBOL de(3) se refiere a los árboles con desordenada de los hermanos, de modo que, por ejemplo, los nidos ([]()) y (()[]) , no son considerados como distintos. (Algunos autores han tratado wqo para árboles de raíces con ordenó a los hermanos, con el correspondiente secuencia más larga" de los resultados.)

Para ilustrar el uso de soporte de expresiones, aquí es una representación del árbol inicial de la secuencia utilizada por Friedman para demostrar que el límite inferior se mencionó en el OP:

T1  {}
T2  [[]]
T3  [()()]
T4  [((()))]
T5  ([][][][])
T6  ([][][](()))
T7  ([][](()()()))
T8  ([][](()(())))
T9  ([][](((((()))))))
T10 ([][]((((())))))
T11 ([][](((()))))
T12 ([][]((())))
T13 ([][](()))
T14 ([][]())
...

NOTA: cabe señalar que el artículo enlazado por el OP qué no tratar de Friedman del ÁRBOL de la función, sino más bien una función diferente TR. La confusión puede deberse en parte al hecho de que "TR" es también lo que Friedman llamado el ÁRBOL de la función antes de que él lo cambió para el último nombre en un artículo de seguimiento a la mencionada en Deedlit de la publicación.

4voto

Danny Puntos 51

Chris Bird tiene una serie de artículos que enumeran funciones con altas tasas de crecimiento, hasta el ordinal de Bachmann-Howard. Están sobre mi cabeza, pero podrían ser útiles para obtener una aproximación más precisa (aunque todavía extremadamente amplia) de TREE (3).

2voto

dswhite85 Puntos 259

Me gustaría publicar una mejora de lo que originalmente publicado aquí, por Deedlit y yo. Otro post relacionado es aquí, que muestra una mejor obligado, a pesar de que hay cuestiones como el orden en el último post exaclty obras, es decir, que no contienen evidencia de por qué debe ser así. De todos modos, empezamos con estos árboles:

T1  {}
T2  [[]]
T3  [()()]
T4  [(()())]
T5  [(((())))]
T6  ([((()))][])
T7  ([((()))]()())
T8  ([((()))]()())
T9  ([((()))]((())))
T10 ([((()))](()()))
T11 ([((()))](((()))))
T12 ([((()))]((())))
T13 ([((()))](()))
T14 ([((()))]())
T15 ([((()))])
T16 ([(())][(())][(())][(())][(())])
T17 ([(())][(())][(())][(())]([()][]))
T18 ([(())][(())][(())][(())]([()][]))
T19 ([(())][(())][(())][(())]([()]()()))
T20 ([(())][(())][(())][(())]([()]())[()])
T21 ([(())][(())][(())][(())]([()]())(([])))
T22 ([(())][(())][(())][(())]([()]())([][][]))
T23 ([(())][(())][(())][(())]([()]())([][])([]))
T24 ([(())][(())][(())][(())]([()]())([][])[][][])
T25 ([(())][(())][(())][(())]([()]())([][])[][]()())
T26 ([(())][(())][(())][(())]([()]())([][])[][]((())))
T27 ([(())][(())][(())][(())]([()]())([][])[][](()))
T28 ([(())][(())][(())][(())]([()]())([][])[][]())
T29 ([(())][(())][(())][(())]([()]())([][])[][])
T30 ([(())][(())][(())][(())]([()]())([][])[]#)

donde # es el primer árbol de $\mathrm{tree}(8)$.

Esto es muy importante. Ahora podemos reducir # para $\mathrm{tree}(8)$ pasos. En general, podemos reducir [] para tantos pasos como lo permite. Generalmente, éste será comparable con el número de soportes permitidos en total.

Esto significa que podemos preforma básicos de la recursividad alrededor de los árboles ya. Podemos generar una ([]) a $n$ []s, así que ya es en $f_{1}$ donde $f_0 = \mathrm{tree}$. Podemos generar un () a $n$ ([])s por lo que es en a $f_2$. Similiarly, podemos tomar ([]#) para cualquier árbol # y reducir sólo como nos gustaría, como en el árbol. Podemos llegar a $f_{\vartheta(\Omega^{\omega})}(n)$ en la modificación de la jerarquía de esta manera. $f$ es una cierta variante del rápido crecimiento de la jerarquía.

Pero $f_{\vartheta(\Omega^{\omega})}(n)$ en la modificación de la jerarquía es sólo $F_{\vartheta(\Omega^{\omega},0)2}(n)$ donde $F$ es una cierta variante de la normal de rápido crecimiento de la jerarquía (con $F_0=n+1$.)

Similiarly, tenemos ([][]#), llegando a $F_{\vartheta(\Omega^{\omega})3}(n)$ a ([][][]) y $F_{\vartheta(\Omega^{\omega})\omega}(n)$ a (([])). $F_{\vartheta(\Omega^{\omega})(\omega+1)}(n)$ se llega por (([])[]), $F_{\vartheta(\Omega^{\omega})(\omega2)}(n)$ por (([])([])), y $F_{\vartheta(\Omega^{\omega})\omega^2}(n)$ a (()). Con # trabajamos en el producto, llegando a $F_{\vartheta(\Omega^{\omega})^2}(n)$ a (([][])) e $F_{\vartheta(\Omega^{\omega})^\omega}(n)$ a ((([]))).

Surge un patrón. Podemos, de hecho, llegar a $F_{\varepsilon_{\vartheta(\Omega^{\omega})+1}}$ a [()] en la que se evalúe en (((...((([])))...))) con tantos pares como sea posible.

Vemos que el ÁRBOL de(3) es ya mucho más allá del árbol de la propia función.

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