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Ejemplo de un número que no es el límite de una secuencia computable

Vamos a definir un número real como computable si existe un algoritmo que puede generar una secuencia con el número como su límite (máquina de turing o de cualquiera de los equivalentes de los modelos de programación).

No todos los números reales caen en esta categoría. En particular, el número de algoritmos es contable.

Mi primera pregunta es ¿que concepto se denomina en la investigación que existe sobre ella.

La segunda pregunta sería respecto al resto de los números reales. Hay un ejemplo para cualquier incomputable número que está bien definido?

Así que lo que me interesa no es una prueba de la existencia - que uno es trivial. Estoy pidiendo un concreto ejemplo: Para elegir uno de los números por definir.

Mi sensación es que esto es posible.

13voto

ann Puntos 31

@Quinn Culver, C no es computable, de acuerdo a Juan definición: este no es el límite de una secuencia computable.

@Juan, la respuesta a su pregunta es SÍ, es posible dar un "concreto" de la definición de un real. Un ejemplo basado en el TMs se da en el apéndice de [1]. Es más o menos igual a C, la parte difícil es la de la codificación de la Emt, pero es sólo técnica.

@Holowitz, su C es claramente el límite de una secuencia computable, no veo cuál es la materia de filosofía aquí.

[1] Nicolas Brener. Un definibles por el número que no puede ser aproximado a través de algoritmos. 2010

5voto

Mark Puntos 186

Enumerar todos los algoritmos $A_i$ (algoritmos son finitos cadenas de símbolos). Definir $a_i=0$ si el algoritmo $A_i$ salidas de la nada o la salida diverge, de lo contrario deje $a_i$ diferir del número de $A_i$ salidas converge en la n-esima binario decimal.

Entonces usted tiene un $C=0.a_1 a_2a_3...$

4voto

noah Puntos 61

Parece ser que hay una gran confusión en las otras respuestas y comentarios a los mismos. Voy a tratar de hacer las cosas más claras. (En particular, @Holowitz y @Nico respuestas son incorrectas, como he mostrado en los comentarios de abajo @Nico de la respuesta.)

Primera nota de que un número real puede ser identificado con un conjunto de números naturales, al declarar que el binario de expansión de la real corresponde a la característica de la secuencia de conjunto de los números naturales. (Por supuesto, algunos reales de los no-binario único de expansión, por lo que esta identificación no siempre tiene sentido, pero real da lugar a una computable conjunto no importa que el binario de expansión es tomado, así que en la medida en que estamos de que se trate, esto es irrelevante.)

Ahora, la definición de computable usted le dio es lo que se conoce como límite computable o $\Delta_{2}^{0}$, aunque a partir de la notación $\Delta_{2}^{0}$ es a priori reservado para los conjuntos definidos por las fórmulas que son tanto $\Sigma_{2}^{0}$ $\Pi^{0}_{2}$ en la aritmética de la jerarquía, debe ser probado que los dos conceptos coinciden. Esto es exactamente Schoenfield del límite lema junto con el Post del teorema.

Con respecto a su solicitud de una "concreto" es un ejemplo de un real que no es $\Delta^{0}_{2}$ (es decir, uno que puede ser "elegido por la definición de"), el número, vamos a llamar a $\alpha$ - dada en el documento citado en la respuesta que usted aceptó sólo se define en relación a algunos fijos (incomputable!) enumeración de todos los $\Delta^{0}_{2}$ reales; diferentes enumeraciones dar lugar a diferentes $\alpha$'s. Sin embargo, esa enumeración es inherentemente no $\Delta^{0}_{2}$ ($\Delta^{0}_{3}$@Carl señala en los comentarios de @Mahmud respuesta) en la aritmética de la jerarquía, por lo que creo que es aceptable, ejemplo (a diferencia de mis comentarios) . Dado que, sin embargo, es evidente que una mucho mejor (es decir, menos complejo) real: tomar cualquier estrictamente $\Sigma^{0}_{2}$ o $\Pi^{0}_{2}$ real. Por ejemplo, el conjunto de índices del total de funciones computables $\mathrm{Tot}:=\{e:\forall n \exists s \, [\varphi_{e,s}(n)\downarrow] \}$ es un conocido $\Pi^{0}_{2}$-completar real.

La moraleja de la historia es que hay muchos aritméticamente definibles reales de los que no son "computable", en el sentido definido; acaba de tomar cualquier aritmética real eso no es $\Delta^{0}_{2}$.

2voto

Sniper Clown Puntos 399

Nota: Como Carl Mummert señaló en los comentarios que esto responda a la definición de una computable número real, pero NO el uno en cuestión.

2.3. Un ejemplo de no-computable número real

Deje $C_b$ el conjunto de la Emt de computación de los números reales que pertenecen a [0, 1] y la impresión de sus dígitos en base $b$, vamos a $k$ ser el número real calcula el $k$-ésimo de la máquina de $C_b$ $k(n)$ $n$- ésimo dígito de la número de $k$. Considerar el número real tal que su $n$-ésimo dígito es igual a $n(n) + 1$ modulo $b$. Para cualquier $n$, difiere de la de $n$ su $n$-ésimo dígito. Por lo tanto no pertenece a $C_b$ y por lo tanto es computable por ningún TM. Otros ejemplos de no-computable números son conocidas: el Chaitin del constante $Ω$ [2]; el número real tal que su $n$-ésimo dígito es igual a 1 si el dada universal TM detiene para entrada de $n$, y 0 en caso contrario (ver[3]); la real número cuyos dígitos expresar las soluciones de la busy beaver problema.

Referencia:

Nicolas Brener. Un definibles por el número que no puede ser aproximado a través de algoritmos. 2010

2voto

JoshL Puntos 290

Esta respuesta es una respuesta a la respuesta por Mahmud. Quiero mostrar que la construcción citado hay underspecified, y que en al menos una especificación completa de la respuesta no es la correcta para la definición general de los números computables a partir de la pregunta. La respuesta es la correcta para la definición habitual computable de los números reales.

Deje $C$ ser el conjunto de todas las máquinas de Turing que es el total de: por cada $T \in C$ y cada $n$, $T$ se detiene en la entrada de $n$. Es un estándar de hecho de que $C$ $\Pi^0_2$ completa, por lo que no es computable enumeración de $C$. De ahí la construcción en la otra respuesta debe elegir algunos noncomputable enumeración de $C$. Construimos una enumeración de $C$, de modo que el número real construido en la otra respuesta es computable en el límite ($\Delta^0_2$) si nuestra enumeración se utiliza para $C$. Por lo tanto, en el mejor de los que la respuesta no es underspecified.

(El material citado es correcto en la reclamación, el autor original, la cual es sólo que el número construido no es computable ($\Delta^0_1$); el underspecification solo importa cuando nos preguntamos si el número es computable en el límite ($\Delta^0_2$).)

Motivación: La enumeración nos construcción se basa en un algoritmo que utiliza la suspensión problema $\emptyset'$ como un oráculo. Este algoritmo construye la enumeración de las etapas por una prioridad argumento. En la etapa de $s$ tenemos una lista finita $T^s_1, T_2, \ldots, T^s_s$ de las distintas máquinas de Turing. Estos pueden o no ser en $C$. En cada paso, vamos a ampliar la lista con uno, y también podemos sustituir algunos de los anteriores elementos de la lista de nuevas máquinas. Para cada ubicación en la lista, la máquina en que lugar será reemplazado en la mayoría de los una vez durante toda la construcción, y si es reemplazado es reemplazado por una máquina en $C$. Si una máquina nunca es reemplazado, entonces también es en $C$. También nos aseguramos de que cada máquina en $C$ es puesto en la lista en algún momento y nunca se quita. Por lo tanto, la secuencia de las listas en la construcción converge en el límite de una infinita lista de $C_1, C_2, C_3, \ldots$ que enumera $C$. Por otra parte, la construcción de asegurarse de que la función $f(n) = C_n(n)$ es computable de $\emptyset'$, lo que significa que el número real obtenido por diagonalizing $f$ también es computable de $\emptyset'$. Por los resultados estándar, esto significa que el diagonalizing función es computable en el límite.

Construcción: arreglar un efectivo de la enumeración de todas las máquinas de Turing en el fondo. En la etapa de $0$, el uso de $\emptyset'$ como un oráculo para elegir la primera máquina de $T$ en la enumeración para que $T(0)$ está definido y se deje $T_0^0= T$. En la etapa de $s+1$, tenemos una lista de $T^s_0\, \ldots, T^s_s$ de las máquinas que, por inducción, todos los detendrá en las entradas de $\{0, \ldots, s\}$. El uso de $\emptyset'$ a preguntar si cada uno de estos se detiene en la entrada de $s+1$. Para cada uno de los que no, reemplazarla por una nueva máquina no está en la lista que tiene los mismos valores en $\{0, \ldots, s\}$ y que devuelve $0$ para todos los valores mayores. Podemos efectivamente lista infinitamente muchas de estas máquinas, por lo que efectivamente se puede elegir a uno que no esté en la lista, y podemos asegurarnos de que los elementos de la lista son distintos. Por último, el uso de $\emptyset'$ como un oráculo para encontrar la primera máquina no está en la lista que se detiene en todas las entradas en $\{0, \ldots, s+1\}$ y añadirla a la lista. Esto finaliza la etapa de $s+1$.

Verificación: Como se explicó anteriormente, el límite de esta construcción da una enumeración de algunas conjunto infinito de la máquina de Turing. Se demuestra que el conjunto enumerado es exactamente $C$. Cualquier máquina en $C$ va a detener en cada entrada, por lo que finalmente será añadido a la lista, ya que en cada etapa se agrega la primera máquina de la enumeración original que se detiene en bastantes entradas, y una máquina en $C$ se detiene en todas las entradas. Por el contrario, cualquier equipo que sigue en la lista hasta el final tiene que parar en cada entrada, o de lo contrario nos iba a quitar. Para que las máquinas que permanecen en el límite en $C$.

Las otras propiedades de la clave de esta construcción son los siguientes:

  • Para cada $n$, $C_n(n) = T^n_n(n)$. Esto es porque, cuando nos reemplazar una máquina en la ubicación de $n$, podemos reemplazarlo con uno que devuelve el mismo valor de entrada en $n$.

  • La función de $f(n) = T^n_n(n)$ es computable de $\emptyset'$. Esto es debido a que toda la construcción es computable de $\emptyset'$ (aunque el límite de la construcción no es). Así, en el fin de calcular las $f(n)$ acabamos de simular la totalidad de la construcción hasta el punto de que $T^n_n$ es elegido, y luego regresar a $T^n_n(n)$.

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