Порівнюючи складність теорій Колмогорова


14

Теорема про незавершеність Хайтіна говорить, що недостатньо сильна теорія арифметики не може довести K(s)>L де K(s) - складність Колмогорова рядка s а L - досить велика константа. L є досить великим , якщо він більше , ніж розмір в бітах пробної перевірки машини (PCM). РСМ для теорії T приймає рядок , закодовану як ціле число в якості вхідних даних і виводить 1 , якщо рядок є допустимим доказом на мові T .

Припустимо, що L(T)>|PCMT|для теорії T являє собою верхню межу для складності T . Розглянемо наступну ієрархію теорій: Нехай базовою теорією буде арифметика Робінсона ( Q ). Розширення Q із дедалі сильнішими аксіомами поліноміально обмеженої індукції. Нехай Q - теорія теорем, доказна з Q і будь-яка з цих обмежених аксіом індукції. Припустимо, ми можемо визначити L(Q) і L(Q) шляхом визначення ПКМ для кожної теорії.

Хочу розглянути розширену перевірочну машину (EPCM) на Q . Цей EPCM приймає рядок як вхід так само, як ECM, і має другий вхід, який визначає ранг і рівень підтеорії Q . Якщо вхідний рядок є дійсним доказом у Q то EPCM проходить кроки доказування для визначення найвищого рангу та рівня використовуваної індукції. Потім цей EPCM пише 1, якщо вхідне речення є вагомим доказом у зазначеній підтеорії Q .

Чи здійснена розширена перевірка перевірки, яку я описую? Якщо так, то чи буде розмір цієї EPCM верхньою межею не лише для складності , але й верхньою межею щодо складності будь-якої підтеорії Q ?QQ

Чи доцільно сказати, що існує постійна верхня межа складності та всіх його підтеорій?Q


Це питання було натхнене невдалим доказом Нельсона невідповідності арифметики. Я цього не зазначав раніше, тому що деякі люди вважають цей доказ тривожним. Моя мотивація - задати цікаве запитання. Здається, CSTheory є правильним форумом для цього питання. Складність та всіх його підтеорій обмежена постійною або необмеженою. Будь-яка відповідь призводить до більшої кількості питань.Q

Якщо складність підтеорій не обмежена, ми можемо задавати такі питання, як найслабша підтеорія складніша за Q ? Або складніше, ніж PA та ZFC? Роздумуючи над цим питанням, мені вже показали, існує сувора обмеження щодо того, наскільки теорія може довести складність струн Колмогорова. Якщо Q послідовний, жодна його підтеорія не може довести K ( s ) > L ( Q ) для будь-якого рядка. Це означає, що навіть дуже сильні підтеорії не можуть довести, що є складніші рядки, ніж деякі значно слабкіші під-теорії, де слабша теорія є складнішою, ніж QQQQK(s)>L(Q) .Q


1
Наскільки це правильно, але, звичайно, додатковий вхід ( , скажімо), необхідний для перевірки обмеження на індукційній схемі, сам по собі є необмеженою складністю, тому дещо оманливо можна вважати, що ви обмежували ці складності рівномірно. . n

Додаткова складність була б . Якщо мені потрібен n L, тоді мені доведеться лише показати L > c + l o g ( L ) . log(n)nLL>c+log(L)
Russell Easterly

Ваше позначення дещо тривожно нагадує мені про цю неправильну спробу довести невідповідність арифметики. Чи можете ви пояснити свої мотивації?
коді

Привіт Рассел. Це звучить для мене досить цікаво. Якщо ви хочете колись поспілкуватися, будь ласка, повідомте мене про це. Гарного дня! :)
Michael Wehar

Так, така ТМ може бути використана для визначення складності теорії. Я запитую, чи існує обмеження розміру цієї ТМ, коли у нас є кілька теорій.
Рассел Пасхальний,

Відповіді:


5

Я спробую дати відповідь на це питання та спробую прояснити певну плутанину щодо точної форми запитання.

Перше , що я хочу зробити: в утвердженні постійної Чайтіну, дійсно , функція Т . В абсолютному значенні воно монотонне в виразності T : якщо L ( T ) - найменше натуральне число, для якого T K ( s ) L ( T ) для будь-якого рядка s , то якщо T є послідовною теорією сильніший за T ( T φ означає T LTTL(T)

TK(s)L(T)
sTTTφ для будь-якого арифметичного речення φ ), тоді L ( T ) L ( T ) . Аргумент дуже простий: якщо існує s така, що T K ( s ) L, то T K ( s ) L за гіпотезою.TφφL(T)L(T)sTK(s)LTK(s)L

Однак це справедливо лише в тому випадку, якщо є абсолютною постійною Хайтіна. Зокрема, якщо T ' доводить C o n ( T ) , то T L s T K ( ¯ s ) ¯ LL(T)TCon(T)

TLs TK(s¯)L¯

інтерналізуючи аргумент Хайтена. Тим НЕ менше , А бетон , для якогоl

Ts TK(s¯)l¯

взагалі не буде рівним L(T) . Зокрема, він може бути набагато більшим, як правило, пропорційним розміру доказування в T 'Con(T)T . Це можна легко побачити в доказі самої теореми, яка в вирішальною мірою спирається на несуперечності .T

Отже, хоча може довести узгодженість системи з обмеженою індукцією, довжина цих доказів стає довшою, чим ближче ви отримаєте виразність Q (один із способів зрозуміти теореми незавершеності - це те, що довжина стає нескінченною, коли ви досягнете Q , таким чином, він не має кінцевих доказів послідовності в самому Q ). Таким чином, те ж саме стосується різних верхніх меж внутрішнього L ( T ) s Q ∗, які можна описати для кожної підтеорії.QQQQ L(T)Q

Отже, ось коротка відповідь на ваше запитання: обмежений рівномірно для всіх підтеорій Q , але сам Q не може показати, що ця межа має місце для всіх таких підтеорій. Це була найважливіша помилка, яку зробив Нельсон (похований під декількома шарами формалізму), і що тут вказав Дао .L(T)QQ


PRA може довести . Чи розмір цього доказу є верхньою межею складності Q та всіх підтеорій (припускаючи сумісне кодування аксіом, речень тощо)? Con(Q)Q
Рассел Пасхальний,

PRA може дати рівномірне обмеження для для кожної з підтеорій. так як Р РЗ про п ( Q * ) і для будь-якого суб-теорії T з Q * , P RЗ про п ( Q * ) З про п ( Т ) , і таким чином це не важко показати що межа для Q також працює для T (в межах PRA). LPRACon(Q)TQPRACon(Q)Con(T)QT
коді

Під будь -якою підтеорією я, звичайно, мав на увазі будь-яку підтеорію, яка може бути доведеною такою в PRA. Q
коді

Ей, Коді, дякую за відповідь. Сподіваюся, все добре. :)
Michael Wehar

1
Дякую Майку! Це було цікаве питання. Той факт, що сам Нельсон заплутався в деталях, говорить про те, що по дорозі є деякі тонкі підводні камені ...
cody
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.