| 第37行: |
第37行: |
| | |- | | |- |
| | | '''首次出现''' | | | '''首次出现''' |
| − | | Kleene (1952)《元数学导论》中明确表述<ref name="moschovakis2010" /> | + | | Kleene (1952)《元数学导论》中明确表述<ref name="kleene1952">Kleene, S. C. (1952). ''Introduction to Metamathematics''. D. Van Nostrand.【第一递归定理的明确表述】</ref><ref name="moschovakis2010" /> |
| | | Kleene (1938) §2 末尾,当时甚至没有名字,证明只有两行<ref name="kleene1938" /> | | | Kleene (1938) §2 末尾,当时甚至没有名字,证明只有两行<ref name="kleene1938" /> |
| | |} | | |} |
| 第460行: |
第460行: |
| | ==== 图灵停机问题(1936) ==== | | ==== 图灵停机问题(1936) ==== |
| | | | |
| − | '''现象''':不存在算法 <math>H</math> 能判定"任意程序 <math>e</math> 在任意输入 <math>x</math> 上是否会停机"。这是可计算性理论第一个、也是最著名的"不可判定"结果。<ref name="turing1936" /> | + | '''现象''':不存在算法 <math>H</math> 能判定"任意程序 <math>e</math> 在任意输入 <math>x</math> 上是否会停机"。这是可计算性理论第一个、也是最著名的"不可判定"结果<ref name="turing1936">'''Turing, A. M. (1936).''' On computable numbers, with an application to the Entscheidungsproblem. ''Proceedings of the London Mathematical Society'', 42, 230–265.【停机问题不可判定】</ref>. |
| | | | |
| | '''双重身份''':停机不可判定在'''结论性质'''上是否定性的(证明"判定器不存在"),与康托尔、罗素问题同类;但因为它活在"程序"世界,'''又能被 SRT 推出'''。下面展示完整的"套用"过程——这是所有例子里最干净的一个,最能看清 SRT 到底在哪里发力。 | | '''双重身份''':停机不可判定在'''结论性质'''上是否定性的(证明"判定器不存在"),与康托尔、罗素问题同类;但因为它活在"程序"世界,'''又能被 SRT 推出'''。下面展示完整的"套用"过程——这是所有例子里最干净的一个,最能看清 SRT 到底在哪里发力。 |
| 第475行: |
第475行: |
| | ==== 哥德尔第一不完备定理(1931) ==== | | ==== 哥德尔第一不完备定理(1931) ==== |
| | | | |
| − | '''现象''':任何"足够强"的一致可公理化理论 <math>T</math>(例如 [[皮亚诺公理|Peano 算术]],简写为PA)都不完备:存在一个句子 <math>\sigma</math>,使 <math>T</math> 既证不出 <math>\sigma</math>、也证不出 <math>\neg\sigma</math><ref name="godel1931" />。 | + | '''现象''':任何"足够强"的一致可公理化理论 <math>T</math>(例如 [[皮亚诺公理|Peano 算术]],简写为PA)都不完备:存在一个句子 <math>\sigma</math>,使 <math>T</math> 既证不出 <math>\sigma</math>、也证不出 <math>\neg\sigma</math><ref name="godel1931">'''Gödel, K. (1931).''' Über formal unentscheidbare Sätze der Principia Mathematica und verwandter Systeme I. ''Monatshefte für Mathematik und Physik'', 38, 173–198.【Gödel 不完备定理(Gödel 不动点引理是其核心证明工具,见 §5.6.1)】【§5.7.4】</ref>。 |
| | | | |
| | '''术语——皮亚诺算术(PA)与 [[罗宾孙算术]](Q)''':'''PA''' 是 '''Peano 算术(Peano Arithmetic)'''的缩写,是'''一阶算术的标准公理系统''',用于形式化刻画自然数(<math>0, 1, 2, \ldots</math>)及其加法、乘法。它由意大利数学家皮亚诺(G. Peano(1889))的公理发展而来,包含:①常元 0;②后继运算 <math>S</math>(每个数有唯一后继,0 不是任何数的后继,后继相同则原数相同);③加法、乘法的递归定义;④'''归纳公理模式'''(induction schema:对任何一阶公式 <math>\phi</math>,若 <math>\phi(0)</math> 成立、且 <math>\phi(n) \Rightarrow \phi(n+1)</math>,则 <math>\phi</math> 对一切自然数成立)。PA 是哥德尔不完备定理的典型对象——它足够强(能在内部编码所有初等数论),又是可公理化的一致理论。而 '''Q([[罗宾孙算术]])'''是皮亚诺算术的一个'''弱化''':保留①—③、去掉归纳公理模式,只留极有限的几条公理,是"足以推出不完备定理的最弱理论"之一(后文 [[Myhill定理]]即用它)。 | | '''术语——皮亚诺算术(PA)与 [[罗宾孙算术]](Q)''':'''PA''' 是 '''Peano 算术(Peano Arithmetic)'''的缩写,是'''一阶算术的标准公理系统''',用于形式化刻画自然数(<math>0, 1, 2, \ldots</math>)及其加法、乘法。它由意大利数学家皮亚诺(G. Peano(1889))的公理发展而来,包含:①常元 0;②后继运算 <math>S</math>(每个数有唯一后继,0 不是任何数的后继,后继相同则原数相同);③加法、乘法的递归定义;④'''归纳公理模式'''(induction schema:对任何一阶公式 <math>\phi</math>,若 <math>\phi(0)</math> 成立、且 <math>\phi(n) \Rightarrow \phi(n+1)</math>,则 <math>\phi</math> 对一切自然数成立)。PA 是哥德尔不完备定理的典型对象——它足够强(能在内部编码所有初等数论),又是可公理化的一致理论。而 '''Q([[罗宾孙算术]])'''是皮亚诺算术的一个'''弱化''':保留①—③、去掉归纳公理模式,只留极有限的几条公理,是"足以推出不完备定理的最弱理论"之一(后文 [[Myhill定理]]即用它)。 |
| 第493行: |
第493行: |
| | ==== [[冯诺伊曼]]的[[自复制自动机]](1948) ==== | | ==== [[冯诺伊曼]]的[[自复制自动机]](1948) ==== |
| | | | |
| − | '''现象''':存在能在物理上[[自复制自动机]]。[[冯诺伊曼]]在[[洛斯阿拉莫斯实验室]]设计的自动机方案含四部分:'''通用构造器 A'''(读入一段指令,构造出该指令描述的任何机器)、'''通用拷贝器 B'''(复制指令)、'''控制器 C'''(指挥 A 与 B 协同运作、并把指令传给新机器)、以及一段描述 A、B、C 三者如何组合的'''蓝图'''(即指令带);机器 M<math> = \langle</math> A, B, C, 蓝图<math>\rangle</math> 启动后能造出 M 自己的副本<ref name="vonneumann1966" /><ref name="lee1963" />。 | + | '''现象''':存在能在物理上[[自复制自动机]]。[[冯诺伊曼]]在[[洛斯阿拉莫斯实验室]]设计的自动机方案含四部分:'''通用构造器 A'''(读入一段指令,构造出该指令描述的任何机器)、'''通用拷贝器 B'''(复制指令)、'''控制器 C'''(指挥 A 与 B 协同运作、并把指令传给新机器)、以及一段描述 A、B、C 三者如何组合的'''蓝图'''(即指令带);机器 M<math> = \langle</math> A, B, C, 蓝图<math>\rangle</math> 启动后能造出 M 自己的副本<ref name="vonneumann1966">'''von Neumann, J. (1966).''' ''Theory of Self-Reproducing Automata'' (A. W. Burks 编). University of Illinois Press.【自复制自动机的奠基性设计(原稿始于 1948)】【§5.7.5】</ref><ref name="lee1963" />。 |
| | | | |
| | '''SRT 如何推出它''': | | '''SRT 如何推出它''': |
| 第556行: |
第556行: |
| | | | |
| | | | |
| − | '''定理(Kleene 1938)''':存在一个'''通用'''序数记号系统 <math>S_1</math>:对任何其他合法的序数记号系统<math>S</math>("合法"即满足 §3.1 说的条件——0 / 后继 / 极限三分可机械判定、前驱与基本序列可机械取出),存在可计算函数把 <math>S</math> 的代号'''保序'''地翻译为 <math>S_1</math> 的代号("保序":若 <math>|x| < |y|</math>,则翻译后所指的序数仍保持这一大小关系——翻译不打乱任何两个序数的先后)<ref name="kleene1938" /><ref name="rogers1967" />。 | + | '''定理(Kleene 1938)''':存在一个'''通用'''序数记号系统 <math>S_1</math>:对任何其他合法的序数记号系统<math>S</math>("合法"即满足 §3.1 说的条件——0 / 后继 / 极限三分可机械判定、前驱与基本序列可机械取出),存在可计算函数把 <math>S</math> 的代号'''保序'''地翻译为 <math>S_1</math> 的代号("保序":若 <math>|x| < |y|</math>,则翻译后所指的序数仍保持这一大小关系——翻译不打乱任何两个序数的先后)<ref name="kleene1938">'''Kleene, S. C. (1938).''' On notation for ordinal numbers. ''The Journal of Symbolic Logic'', 3(4), 150–155.【第二递归定理的原始出处,定理与证明见 p.153】</ref><ref name="rogers1967" />。 |
| | | | |
| | '''证明的思路'''(这是"有效超限递归"的范式,值得细看):想要的翻译函数 <math>\psi</math> 应该满足 | | '''证明的思路'''(这是"有效超限递归"的范式,值得细看):想要的翻译函数 <math>\psi</math> 应该满足 |