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【写在8月25日20:53,发布后发现上下标给我全滤了?,我调整一下,过会儿再看】

硬核程度:

涉及领域:计算理论

大标题:三种函数外加三种操作怎样解决所有可计算问题为什么偏递归函数可以制造无限循环

可能是全网最不报菜名、最不装比的解释。

以下开始:

首先,什么是可计算

可计算就是指,有一个算法,我们把它交付给计算机后,计算机可以像执行一个函数一样,接受我们给它的输入,然后返回输出,这个输出就是我们想要的答案。

为了方便描述,先行约定一下数学符号。

假设我们有一个乘法器,叫做mult,它可以接受一对整数作为输入,把它们相乘后输出一个整数。

比如,输入输出12

输入输出12

输入输出0

这时,我们把这些输入数对叫做domain,输出的一个数叫做codomain。如果我们用z来代表全体整数集,那么这个平平无奇的乘法器就可以用数学符号表示为:

mult:z2z

中间的这个表示这个mult是一个total function,也许可以称作“全函数”吧,意思是每一个domain里的输入,都能对应一个codomain里的输出。

与全函数相对应的是,是“偏函数”。对于偏函数,对于有些输入,它并不能给出输出。比如一个除法器,当我们给它时,它输出不了任何东西。这个除法器可以表示为:

div:z2—z

这里的单横线代表这是一个偏函数(其实应该用半箭头表示,但在这里打不出来)

好了,定义好符号之后,就可以清爽地描述我们的三种基本函数:后继函数、零函数、投影函数。

后继函数:succ:nn,succ=x+1,n代表自然数集。我们给它2,它输出3;给它3它输出4。总之就是往上+1.

零函数:zero:nnn,zero=0。不管给它什么,它都输出0.

投影函数:projn:nnn,projin=xi。它接受长度为n的输入,输出第i个自然数。比如,proj22=3。

好了,盖大楼的砖块一共就这么三种,接下来把它们组合在一起就行了。

我们定义一个叫“组合”的函数f,它的功能是把n个函数组合在一起:

f:nn—n

具体的,如果每一个被组合的函数g都可以接受同一组参数,那么组合n个g函数的操作可以被表示为:

f[g1,...,gn]:nm—n

展开为:

f[g1,...,gn]=f,...,gn)

举个栗子:

我们构造一个函数one,one=1,即:不论给它什么输入,它都输出为1,那么:

one=succ=succ)

即:succ[zero]=one

验证一下:

succ[zero]=succ)=succ=1

succ和zero两个基本函数组成了我们要的one,完美。

如果栗子再复杂一点,我们想要一个加法器add,add=x+y,怎么用那三种基本函数组合

也很简单,从具体输入入手:

add=succ)=succ))=succ)

似乎只需要组合多个后继函数就可以了呢。

当然,这里面有一个毛病,在于我们在没有定义好add的前提下,先入为主地认为add=3.

所以我们不能认为自己就这么简单地构造了add,只能退而求其次地得到以下关系:

add=succ),这个式子是十分严谨的。

更具体地,要想算出add,就要知道add=x,我们称add=x为基准条件;add=succ)为递归条件。

看起来就差临门一脚了,只要我们能用三种基本函数构造出add=x,就能得到add,也就能构造出我们想要的加法器。

也很显然,add=x=proj11

于是,我们的加法器有了。

这种看起来很像左脚踩右脚登天的构造方式叫做“原始递归”,它的定义是这样的:

基准函数f:nn—n

递归函数g:nn+2—n

使用f和g的原始递归h=pn:nn+1—n

对于h:

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