递归定理
递归定理(recursion theorem)递归函数论——即可计算性理论(computability theory,研究"什么问题原则上可以被机械地计算"的学科)——中的一组基本定理,由Stephen Cole Kleene提出,合称 Kleene 递归定理,包括两条:第一递归定理: 任何用递归方式定义的函数方程都有可计算的(最小)解——机械式的递归定义永远合法、永远有解;第二递归定理: 对任何可计算的全函数 [math]\displaystyle{ f }[/math],总存在源程序[math]\displaystyle{ c }[/math],使得执行[math]\displaystyle{ c }[/math]与执行[math]\displaystyle{ f(c) }[/math] 效果完全相同([math]\displaystyle{ \phi_c = \phi_{f(c)} }[/math])——程序可以合法地引用自己的代码。
两条之中,第二递归定理尤为重要,它是数学中对自指(self-reference)现象最简洁、最有力的统一陈述:它只有一步对角线证明 `[math]\displaystyle{ c = S(e, e) }[/math]`([math]\displaystyle{ S }[/math] 是"把程序的部分输入写死、生成新程序"的柯里化操作,详见 §2.3),却统一了从罗素悖论(1901)、Gödel不完备定理(1931)、Turing停机问题(1936)、von Neumann 自复制自动机(1948)到今天的Quine程序(1960s)等全部自指现象——它们本质上是同一种对角线/自指结构的不同化身(详 §5.7)。
总览:两个定理各说了什么
Kleene 递归定理是关于自指(self-reference,即一个系统"谈论"自身)不动点(fixed point,即变换后保持不变的点)两个基本定理的合称。先用日常语言各说一遍,再给出精确表述。
第二递归定理(日常语言版):对任何可计算的全函数 [math]\displaystyle{ f }[/math](一个对任何输入都停机的"程序变换"),总存在一个源程序 [math]\displaystyle{ c }[/math],使得执行 [math]\displaystyle{ c }[/math] 的效果,等同于执行 [math]\displaystyle{ f(c) }[/math]——即 [math]\displaystyle{ f }[/math] 拿着 [math]\displaystyle{ c }[/math] 自己的源代码算出来的那个程序。 用符号写就是:[math]\displaystyle{ \phi_c = \phi_{f(c)} }[/math][1].
第一递归定理(日常语言版):任何递归定义——即把一个函数在某处的值,写成它自己在其他输入上的值(比如阶乘 [math]\displaystyle{ fac(n) = n\cdot fac(n−1) }[/math])——都必然有解 ,而且其中"最小"的那个解一定能被机器算出。换句话说,机械式的递归定义永远合法、永远有解。[1]