Porównanie złożoności teorii Kołmogorowa


14

Twierdzenie Chaitina o niekompletności mówi, że żadna wystarczająco silna teoria arytmetyki nie może udowodnić, że gdzie K ( s ) to złożoność Kołmogorowa ciągów s, a L jest wystarczająco dużą stałą. L jest wystarczająco duży, jeśli jest większy niż rozmiar w bitach maszyny sprawdzającej proof (PCM). PCM dla teorii T wykonuje ciąg zakodowany jako całkowitą jako dane wejściowe i wyprowadza wartość 1, jeśli ciąg jest ważny dowód w języku T .K(s)>LK(s)sLLTT

Załóżmy, że dla teorii T jest górną granicą dla złożoności T . Rozważ następującą hierarchię teorii: Niech podstawową teorią będzie arytmetyka Robinsona ( Q ). Augment P z coraz silniejszych axioms wielomianu ograniczonym indukcji. Niech Q ∗ będzie teorią twierdzeń, które można udowodnić za pomocą Q i dowolnego z tych ograniczonych aksjomatów indukcyjnych. Załóżmy, że możemy zdefiniować L ( Q ) i L ( Q ∗L(T)>|PCMT|TTQQQ∗QL(Q) poprzez zdefiniowanie PCM dla każdej teorii.L(Q∗)

Chcę rozważyć ulepszoną maszynę do sprawdzania proofów (EPCM) dla . Ten EPCM przyjmuje ciąg znaków jako dane wejściowe podobnie jak ECM i ma drugie wejście, które określa stopień i poziom pod-teorii Q ∗ . Jeżeli ciąg wejściowy jest ważny dowód w Q * EPCM następnie przechodzi przez kolejne etapy dowodu w celu ustalenia najwyższego poziomu indukcji rangę i używane. Ten EPCM zapisuje następnie 1, jeśli zdanie wejściowe jest ważnym dowodem w określonej pod-teorii Q ∗ .Q∗Q∗Q∗Q∗

Czy opisany przeze mnie sprawdzony dowód jest wykonalny? Jeśli tak, to czy wielkość tego EPCM byłaby górną granicą nie tylko dla złożoności , ale także górną granicą złożoności jakiejkolwiek sub-teorii Q ∗ ?Q∗Q∗

Czy rozsądne jest stwierdzenie, że istnieje stała górna granica złożoności i wszystkich jej pod-teorii?Q∗


Pytanie to zostało zainspirowane przez nieudany dowód Nelsona na niespójność arytmetyki. Nie wspomniałem o tym wcześniej, ponieważ niektórzy uważają ten dowód za niepokojący. Moją motywacją jest zadanie interesującego pytania. Wydaje się, że CSTheory jest właściwym forum dla tego pytania. Złożoność i wszystkich jej pod-teorii jest albo stała, albo nieograniczona. Każda odpowiedź prowadzi do większej liczby pytań.Q∗

Jeśli złożoność pod-teorii jest nieograniczona, możemy zadawać pytania, jak najsłabsza pod-teoria bardziej złożona niż Q ∗ ? Lub bardziej złożony niż PA i ZFC? Myślenie o tym pytaniu pokazało mi już, że istnieje poważna granica tego, jak wiele teorii może udowodnić złożoność łańcuchów Kołmogorowa. Jeśli Q ∗ jest spójne, to żadna z jego pod-teorii nie może udowodnić K ( s ) > L ( Q ∗ ) dla dowolnego łańcucha. Oznacza to, że nawet bardzo silne pod-teorie nie mogą udowodnić, że istnieją bardziej złożone ciągi niż niektóre znacznie słabsze pod-teorie, w których słabsza teoria jest bardziej złożona niż QQ∗Q∗Q∗K(s)>L(Q∗) .Q∗


1
Jest to poprawne, jeśli chodzi o to, ale oczywiście dodatkowe dane wejściowe ( , powiedzmy) wymagane do sprawdzenia ograniczenia schematu indukcyjnego mają samą nieograniczoną złożoność, więc nieco mylące jest sugerowanie, że ograniczyłeś te złożoności równomiernie . n

Dodatkowa złożoność będzie . Gdybym wymagał n ≤ L , musiałbym tylko wykazać L > c + l o g ( L ) . log(n)n≤LL>c+log(L)
— Russell Easterly

Twoja notacja nieco niepokojąco przypomina mi tę niewłaściwą próbę wykazania niespójności arytmetycznej. Czy możesz wyjaśnić swoje motywacje?
— cody

Cześć Russell. Brzmi dla mnie całkiem interesująco. Jeśli kiedykolwiek chcesz porozmawiać, daj mi znać. Miłego dnia! :)
— Michael Wehar

Tak, taka TM może być użyta do zdefiniowania złożoności teorii. Pytam, czy istnieje ograniczenie wielkości tej bazy TM, gdy mamy wiele teorii.
— Russell Wielkanocny

Odpowiedzi:


5

Spróbuję udzielić odpowiedzi na to pytanie i postaram się wyjaśnić pewne zamieszanie co do dokładnej formy pytania.

Pierwszym punktem chcę zrobić: the w zestawieniu stałej Chaitin jest rzeczywiście funkcją T . W sensie absolutnym jest wyrazem monotonicznym w wyrazistości T : jeśli L ( T ) jest najmniejszą liczbą naturalną, dla której T ⊬ K ( s ) ≥ L ( T ) dla dowolnego ciągu s , to jeśli T ' jest spójną teorią silniejszy niż T ( T ⊢ φ implikuje T ′LTTL(T)

T⊬K(s)≥L(T)
sT′TT⊢φ dla dowolnego zdania arytmetycznego φ ), a następnie L ( T ′ ) ≥ L ( T ) . Argument ten jest bardzo prosta, gdy istnieje y takie, że T ⊢ K ( a ) ≥ L czym T ' ⊢ K ( a ) ≥ L według hipotezy.T′⊢φφL(T′)≥L(T)sT⊢K(s)≥LT′⊢K(s)≥L

Jest to jednak prawdą tylko wtedy, gdy jest absolutną stałą Chaitin. W szczególności, gdy T ' dowodzi C O N ( T ) , a T " ⊢ ∃ L ∀ s ⌈ T ⊬ K ( Ż a ) ≥ Ż L ⌉L(T)T′Con(T)

T′⊢∃L∀s ⌈T⊬K(s¯)≥L¯⌉

internalizując argument Chaitina. Jednakże , A betonu , dla któregol

T′⊢∀s ⌈T⊬K(s¯)≥l¯⌉

na ogół nie będzie równy L(T) . W szczególności może być większe, na ogół proporcjonalne do wielkości dowodu w T "Con(T)T′ . Można to łatwo zauważyć w dowodzie twierdzenia samego, który w zasadniczy sposób polega na konsystencji .T

Tak więc, chociaż może udowodnić spójność układu z ograniczoną indukcją, długość tych dowodów jest tym większa, im bardziej zbliżasz się do Q ∗ w ekspresyjności (jednym ze sposobów zrozumienia twierdzeń o niekompletności jest to, że długość staje się nieskończona, gdy osiągniesz Q ∗ , dlatego nie ma skończonego dowodu zgodności w samym Q ∗ ). To samo dotyczy różnych górnych granic wewnętrznych L ( T ) s Q ∗, które można opisać dla każdej pod-teorii.Q∗Q∗Q∗Q∗ L(T)Q∗

L(T)Q∗Q∗


Con(Q∗)Q∗

LPRA⊢Con(Q∗)TQ∗PRA⊢Con(Q∗)→Con(T)Q∗T

Q∗

Cześć Cody, dzięki za odpowiedź. Mam nadzieję, że wszystko w porządku. :)
— Michael Wehar

1
Dzięki Mike! To było zabawne pytanie. Fakt, że sam Nelson pomylił się w szczegółach, sugeruje, że po drodze są pewne subtelne pułapki ...
— cody
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.