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递归定理
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2026年9月13日 (星期日)
→起源:一篇研究"序数记号"的 6 页短文
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Church 与 Kleene 在 1930 年代问了一个构造性问题:'''能不能给每个可数序数起一个"机械可读的代号"(自然数编码),使得仅凭代号就能机械地判断:这个序数是 0、是某个序数的后继(+1)、还是某个递增序列的极限?并且在后两种情况下能机械地取出前驱代号或序列代号?''' 满足这些条件的编码方案称为一个'''[[序数记号系统]]'''(Kleene 称之为 [[r-system]])<ref name="kleene1938" />。
Church 与 Kleene 在 1930 年代问了一个构造性问题:'''能不能给每个可数序数起一个"机械可读的代号"(自然数编码),使得仅凭代号就能机械地判断:这个序数是 0、是某个序数的后继(+1)、还是某个递增序列的极限?并且在后两种情况下能机械地取出前驱代号或序列代号?''' 满足这些条件的编码方案称为一个'''[[序数记号系统]]'''(Kleene 称之为 [[r-system]])<ref name="kleene1938" />。
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Kleene 在论文的 §2 中建立了[[可计算函数]]的基本技术(编号、[[通用函数]]、§2.
3 的
[[S函数]]),然后在 §2 的最后'''顺手'''陈述并证明了一个当时没有名字的定理<ref name="kleene1938" />:
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Kleene 在论文的 §2 中建立了[[可计算函数]]的基本技术(编号、[[通用函数]]、§2.
3的
[[S函数]]),然后在 §2 的最后'''顺手'''陈述并证明了一个当时没有名字的定理<ref name="kleene1938" />:
* '''若 <math>\psi(z, x)</math> 是任意可计算的部分函数,则存在一个数 <math>f</math>,使得 <math>\phi_f(x) = \psi(f, x)</math> 对所有 <math>x</math> 成立(等号含义:两边同时无定义,或同时有定义且相等)。'''
* '''若 <math>\psi(z, x)</math> 是任意可计算的部分函数,则存在一个数 <math>f</math>,使得 <math>\phi_f(x) = \psi(f, x)</math> 对所有 <math>x</math> 成立(等号含义:两边同时无定义,或同时有定义且相等)。'''
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* 证明:设 e 是函数 <math>\psi(S(y,y), x)</math> 的编号,取 <math>f = S(e, e)</math> 即可。
* 证明:设 e 是函数 <math>\psi(S(y,y), x)</math> 的编号,取 <math>f = S(e, e)</math> 即可。
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——这就是'''第二递归定理'''
的原始形态。Moschovakis 称之为 Kleene 没有意识到自己发掘出
"小宝石"(little gem)<ref name="moschovakis2010" />;Kiselyov 则以"'''函数式珍珠'''(A Functional Pearl)"为题向函数式编程社区重新发掘了它<ref name="kiselyov" />。
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——这就是'''第二递归定理'''
的原始形态。Moschovakis说连Kleene自己都没有意识到,他发掘出的,是一颗珍贵的
"小宝石"(little gem)<ref name="moschovakis2010" />;Kiselyov 则以"'''函数式珍珠'''(A Functional Pearl)"为题向函数式编程社区重新发掘了它<ref name="kiselyov" />。
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这个
"小宝石"随即在论文<ref name="kleene1938" />的 §3 被用于证明该文的主要结果:'''存在一个"通用"[[序数记号系统]] <math>S_1</math>'''——任何其他合法记号系统能命名的序数,<math>S_1</math> 都能命名,且翻译过程本身是可计算的<ref name="kleene1938" />。这是"沿着序数逐层向上做递归定义"(后来称为'''[[有效超限递归]]''',effective transfinite recursion)这一方法的首次应用。Kleene 由此构造出著名的'''[[记号系统 O]]([[Kleene's O]])''',并证明存在最小的一个"不可命名"的序数——'''[[Church–Kleene 序数]] <math>\omega_1^{CK}</math>'''
,即
[[序数|可数序数]]中第一个无法被任何机械记号系统触及的序数<ref name="kleene1938" /><ref name="rogers1967" />。
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这颗
"小宝石"随即在论文<ref name="kleene1938" />的 §3 被用于证明该文的主要结果:'''存在一个"通用"[[序数记号系统]] <math>S_1</math>'''——任何其他合法记号系统能命名的序数,<math>S_1</math> 都能命名,且翻译过程本身是可计算的<ref name="kleene1938" />。这是"沿着序数逐层向上做递归定义"(后来称为'''[[有效超限递归]]''',effective transfinite recursion)这一方法的首次应用。Kleene 由此构造出著名的'''[[记号系统 O]]([[Kleene's O]])''',并证明存在最小的一个"不可命名"的序数——'''[[Church–Kleene 序数]]
,即
<math>\omega_1^{CK}</math>'''
,它是
[[序数|可数序数]]中第一个无法被任何机械记号系统触及的序数<ref name="kleene1938" /><ref name="rogers1967" />。
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