Naprawiono punkty w obliczalności i logice


15

To pytanie zostało również opublikowane na Math.SE,

/math/1002540/fixed-points-in-computability-nd-logic

Mam nadzieję, że opublikowanie go tutaj jest również w porządku. Jeśli nie, lub jeśli jest to zbyt podstawowe dla CS.SE, powiedz mi, a ja go usunę.


Chciałbym lepiej zrozumieć związek między twierdzeniami o stałym punkcie w logice a -calculus.λ

tło

1) Rola stałych punktów w niekompletności i nieokreśloności prawdy

O ile rozumiem, oprócz podstawowej idei internalizacji logiki, kluczem zarówno do dowodów nieokreśloności prawdy Tarskiego, jak i twierdzenia Goedela, jest następujące logiczne twierdzenie o stałym punkcie , żyjące w konstruktywnej, finitystycznej metateorii (mam nadzieję, że sformułowanie jest w porządku, popraw mnie, jeśli coś jest niepoprawne lub nieprecyzyjne):

Istnienie punktów stałych w logice

Załóżmy, że jest wystarczająco ekspresyjne rekurencyjnie wyliczalnych teorii na język L i niech C za kodujący L -formulas w T , to znaczy algorytmu obracając dowolna dobrze uformowane L -formulas cp do L -formulas z jednej zmiennej wolnej C ( φ ) ( V ) tak, że dla każdego L -formula cp mamy T! v : C ( φ ) ( v ) .TLCLTLφLC(φ)(v)LφT!v:C(φ)(v)

Następnie istnieje algorytm skrętu oraz uformowaną -formulas jednej zmiennej wolnej do zamkniętych sensownych -formulas, tak, że przy każdym -formula jednej zmiennej wolnej mamy który interpretując jako zdefiniowany symbol funkcji , można również zapisać bardziej jakoYL L ϕ T Y (ϕ)v: C ( Y (ϕ))(v)ϕ(v), C- T Y (ϕ)ϕ( Y (ϕ)).LLLϕ

TY(ϕ)v:C(Y(ϕ))(v)ϕ(v),
C
TY(ϕ)ϕ(Y(ϕ)).

Innymi słowy, jest algorytmem do konstruowania punktów stałych w odniesieniu do równoważności jednej zmiennej .T LYTL

Ma to co najmniej dwie aplikacje:

  • Zastosowanie go do predykatu wyrażającego „ koduje zdanie, którego utworzenie z własnym kodowaniem nie jest możliwe do udowodnienia”. daje sformalizowanie „To zdanie nie jest możliwe do udowodnienia”, które leży u podstaw argumentu Goedela.ϕ(v)v

  • Zastosowanie go do celu wykonania dowolnego zdania powoduje, że Tarski nie jest w stanie zdefiniować prawdy.¬ϕϕ

2) Stałe punkty w nietypowym -calculusλ

W nietypowym -calculus konstrukcja punktów stałych jest ważna w realizacji funkcji rekurencyjnych.λ

Istnienie punktów stałych w -calculus:λ

Istnieje kombinator punktowy , tj. -term taki, że dla każdego -term mamyY λ f f ( Y f ) α β Y f .λYλfa

fa(Yfa)αβYfa.

Obserwacja

To, co mnie oszołomiło, to to, że kombinator stałoprzecinkowy w -calculus bezpośrednio odzwierciedla, w bardzo czysty i nietechniczny sposób, zwykły dowód na logiczne twierdzenie o stałym punkcie:λλf.(λx.f(xx))(λx.f(xx))λ

Z grubsza , biorąc pod uwagę formułę , rozważa się sformalizowanie wyrażenia „ koduje zdanie, które po utworzeniu z siebie spełnia ”, i umieszcza . Zdanie jest jak , a odpowiada .φ ( v ) v ϕ A ( ϕ ) : = φ ( φ ) φ ( v ) λ x . f ( x x ) φ ( φ ) ( λ x . f ( x x ) ) ( λ x . f ( x x ) )φφ(v)vϕA(ϕ):=φ(φ)φ(v)λx.f(xx)φ(φ)(λx.f(xx))(λx.f(xx))

Pytanie

Pomimo szybko opisanego pomysłu znalazłem dowód na logiczne twierdzenie o punkcie stałym dość techniczne i trudne do zrealizowania we wszystkich szczegółach; Kunen robi to na przykład w Twierdzeniu 14.2 swojej książki „Teoria zbiorów”. Z drugiej strony, kombinator w -calculus jest bardzo prosty, a jego właściwości można łatwo zweryfikować.λYλ

Czy logiczne twierdzenie o punkcie stałym wynika rygorystycznie z kombinatorów punktów stałych w -calculus?λ

Np. Czy można modelować -kalkul według wzorów do logicznej równoważności, aby interpretacja dowolnego kombinatora punktów stałych dawała algorytm opisany w logicznym twierdzeniu o punkcie stałym?L.λL


Edytować

Biorąc pod uwagę wiele innych przypadków tego samego argumentu diagonalizacji opisanego w odpowiedziach Martina i Cody'ego, należy przeformułować pytanie:

Czy istnieje powszechne uogólnienie argumentów diagonalizacji zgodnie z zasadą wyrażoną w kombinatorze ? λ f . ( λ x . f ( x x ) ) ( λ x . f ( x x ) )Y

λf.(λx.f(xx))(λx.f(xx))

Jeśli dobrze to rozumiem, jedną propozycją jest twierdzenie Lawpointa o stałym punkcie , patrz poniżej. Niestety nie mogę śledzić odpowiednich specjalizacji w żadnym z artykułów cytowanych przez Martina w odpowiedzi i byłbym szczęśliwy, gdyby ktoś mógł je wyjaśnić. Po pierwsze, dla kompletności:

Twierdzenie Lawpointa o punkcie stałym

Niech będzie kategorią ze skończonymi produktami i tak, że dla każdego morfizmu w jest trochę taki, że dla wszystkich punktów ma φ:xYF:AY CF:1s:11 PF Y=1, pF , identyfikator xA cp Y.Cφ:A×AYf:AYCf:1Ap:1A

1pA f Y  =  1pAf,idAA×AφY.

Następnie dla każdego endomorfizmu , umieszczając dowolny wybór daje początek stałego punktu , a mianowicie F : = Æ x cp Y g Y , F g 1 F , F x cp Y .g:YY

f := AΔA×AφYgY,
fg
1f,fA×AφY.

Jest to stwierdzenie w (intuicyjnej) teorii pierwszego rzędu kategorii ze skończonymi produktami, a zatem ma zastosowanie do każdego modelu tego ostatniego.

Na przykład , przyjmując cały świat teoretyczną jako domenę mowy daje paradoksu Russela (podjęcie hipotetyczny zestaw kompletów, i the -predicate) i twierdzenie Cantora (weź dowolny zestaw i odpowiadający hipotetycznemu przypuszczeniu ). Ponadto tłumaczenie dowodu twierdzenia Lawvere'a podaje typowe przekątne argumenty.AY:=Ω:={0,1}ρ:A×AΩAρ:A×AΩAΩA

Bardziej konkretny problem:

Czy ktoś może szczegółowo wyjaśnić zastosowanie twierdzenia Lawvere'a do częściowych funkcji rekurencyjnych lub logicznych twierdzeń o stałym punkcie? W szczególności, jakie kategorie musimy tam wziąć pod uwagę?

W D. Pavlovic, O strukturze paradoksów , autor uważa kategorię swobodnie generowaną przez pomocą częściowymi funkcjami rekurencyjnymi.NEnd(N)

Niestety nie rozumiem, co to znaczy.

Na przykład, jakie powinno być prawo kompozycji na ? Składanie częściowych funkcji rekurencyjnych? W końcu mówi się, że twierdzenie Lawvere'a ma zastosowanie dla , tak że w szczególności każdy morfizm powinien mieć ustalony punkt . Jeśli endomorfizmy są rzeczywiście tylko częściowymi funkcjami rekurencyjnymi i jeśli skład oznacza składanie funkcji, wydaje się to dziwne - jeśli punkty są tylko elementami , to twierdzenie jest błędne, a jeśli morfizm jest również tylko funkcją częściową, dlatego może być niezdefiniowany, twierdzenie o punkcie stałym jest banalne.End(N)A=Y=NNN1N1NN1N

Jaką kategorię naprawdę chcesz wziąć pod uwagę?

Być może celem jest uzyskanie twierdzenia Rogera o punkcie stałym, ale wtedy w jakiś sposób należy zbudować kodowanie funkcji cząstkowych rekurencyjnych liczbami naturalnymi do definicji kategorii, a ja nie mogę wymyślić, jak to zrobić.

Byłbym bardzo szczęśliwy, gdyby ktoś mógł wyjaśnić budowę kontekstu, do którego odnosi się twierdzenie Lawpointa o punkcie stałym, dając podstawę do logicznego twierdzenia o punkcie stałym lub twierdzenia o punkcie stałym dla częściowych funkcji rekurencyjnych.

Dziękuję Ci!


1
Cóż, techniczną częścią twierdzenia Gödela o punkcie stałym jest udowodnienie, że funkcje rekurencyjne mogą być reprezentowane numerycznie w teorii, i nie ma na to szansy, ponieważ musisz w pewnym momencie użyć czegoś, co odróżnia, powiedzmy , od różnych rozstrzygalne teorie. Jeśli chcesz, możesz myśleć o tym jak o implementacji -calculus w arytmetyce. Qλ
Emil Jeřábek wspiera Monikę

@ EmilJeřábek: Dziękuję za komentarz! Rozumiem, że nie będzie możliwości obejścia kodowania funkcji rekurencyjnych, ale chciałbym wyraźnie rozdzielić, co dotyczy kodowania, a co potem jest formalne.
Hanno Becker,

@ EmilJeřábek: Chciałbym zrozumieć, czy można wywrzeć rygorystyczne wrażenie, że część dotycząca kodowania rodzi pewien model modelu -calculus, za pomocą którego można interpretować kombinator wywoływać różne ustalone twierdzenia punktowe. λY
Hanno Becker,

Twierdzenie Lawmore'a o punkcie stałym może być względnie trywialnie stosowane do częściowych funkcji rekurencyjnych, biorąc pod uwagę, że istnieje (rekurencyjne) wyliczenie częściowych funkcji rekurencyjnych, tj. Obliczalne obalenie w kategorii częściowych funkcji rekurencyjnych. Twierdzenie o punkcie stałym mówi: „każda funkcja rekurencyjna (typu ) ma stały punkt ”, który jest dokładnie kombinatoremφN(NN)(NN)(NN)Y
cody

Cody, czy mógłbyś dokładnie opracować kategorię, której używasz, ponieważ w tym momencie nie mogę śledzić innych źródeł.
Hanno Becker,

Odpowiedzi:


7

Prawdopodobnie nie odpowiadam bezpośrednio na twoje pytanie, ale istnieje powszechne matematyczne uogólnienie wielu paradoksów, w tym twierdzeń Gödla i kombinatora Y. Myślę, że to po raz pierwszy zbadał Lawvere. Zobacz także [2, 3].

  1. FW Lawvere, argumenty diagonalne i kartezjańskie kategorie zamknięte .

  2. D. Pavlovic, O strukturze paradoksów .

  3. NS Yanofsky, Uniwersalne podejście do paradoksów, niekompletności i punktów stałych .


Dziękuję Martin, to są bardzo ciekawe referencje! Mam jednak problem z wyodrębnieniem z sytuacji logicznej kategorycznego kontekstu, do którego logiczne twierdzenie Lawvere'a odnosi się dosłownie. Na przykład w artykule Yanofsky'ego wątpię, aby operacja zastąpieniaLind1×Lind1Lind0

@ HannoBecker Może to być dość trudne i wrażliwe na kodowanie.
Martin Berger,

5

Nie mam pełnej odpowiedzi na twoje pytanie, ale mam to:

Jak mówi Wikipedia

Dla każdej częściowej funkcji rekurencyjnej istnieje indeks p taki, że φ pQ(x,y)p

φpλy.Q(p,y)
φN

λ

Dla każdej formuły i ponownej teorii T zawierającej arytmetykę istnieje indeks n taki, że Tϕ ( ¯ nϕT.n

T.ϕ(n¯)T.y,φn(y)=0

Nie jest to dokładnie to, czego chcesz, ale sztuczka internalizacji może dać mocniejsze stwierdzenie

T.ϕ(n¯)y,φn(y)=0

Znowu nie jest to logiczne twierdzenie o stałym punkcie, ale może służyć temu samemu celowi.

Q(x,y)

Q(x,y)=0 iff T.ϕ(x¯) co najwyżej y kroki
Qy,Q(x,y)T.ϕ(x¯)Ty,Q(x¯,y)ωQ

Przy odrobinie namysłu możesz prawdopodobnie wzmocnić ten argument, aby dać ci pełne twierdzenie bezpośrednio bez internalizacji.


φ:N.do(N.,N.)
do(N.2),N.)Mapa(N.,do(N.,N.))Mapa(N.,N.)
do(N.,N.)N.2)N.(n,m)φ(n)(m)

Yλ
Hanno Becker,

φYY fafa(Y fa)p: =Y QλquoteevalY
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.