Арифметическая иерархия

Арифметическая иерархия Арифметическая иерархия Классифицирует множества на основе сложности формул, их определяющих   Изобретена Клини и Мостовски независимо   Важна в теории […]

Арифметическая иерархия

  • Арифметическая иерархия

    • Классифицирует множества на основе сложности формул, их определяющих  
    • Изобретена Клини и Мостовски независимо  
    • Важна в теории вычислимости и формальных теориях  
  • Арифметическая иерархия формул

    • Присваивает формулам классификации на языке арифметики первого порядка  
    • Классификации обозначаются Σn0 и Πn0 для натуральных чисел n  
    • Σn0 формулы начинаются с экзистенциальных кванторов, Πn0 формулы начинаются с универсальных кванторов  
    • Каждая формула имеет предварительную нормальную форму и получает по крайней мере одну классификацию  
  • Арифметическая иерархия множеств натуральных чисел

    • Множество определяется формулой на языке арифметики Пеано  
    • Каждому множеству присваивается классификация Σn0, Πn0 или Δn0  
    • Δn0 множества определяются формулами, которые являются одновременно Σn0 и Πn0  
  • Значение обозначения

    • Нижний индекс n указывает количество чередований кванторов  
    • Верхний индекс 0 указывает тип объектов, по которым проводится количественная оценка  
  • Примеры

    • Σ10 множества определяются формулами с ограниченными кванторами  
    • Π20 множества включают индексы машин Тьюринга  
    • Σ10 множества являются открытыми в топологии пространства Бэра или Кантора  
    • Π10 множества являются закрытыми в топологии пространства Бэра или Кантора  
  • Иерархия Бореля

    • Расширяет арифметическую иерархию, включая дополнительные наборы Бореля  
    • Π20 множества являются Gδ множествами  
    • Σ00 множества являются Π00 множествами  
  • Арифметические иерархии и их ограничения

    • Формулы можно проверить, просмотрев все случаи, что возможно благодаря ограниченным кванторам.  
    • Время проверки полиномиально в аргументах, что делает задачи решения экспоненциальными по количеству бит.  
    • Альтернативные определения Σ00 = Π00 = Δ00 позволяют использовать примитивно-рекурсивные функции.  
  • Релятивизированные арифметические иерархии

    • Можно определить, что означает быть Σn0, Δn0 или Πn0 через Y, обозначаемые как Σn0,Y, Δn0,Y и Πn0,Y соответственно.  
    • X находится в Σn0,Y, если определено с помощью Σn0 формулы на расширенном языке.  
  • Арифметическая сводимость и степени

    • Множество X является арифметическим, если определено формулой на языке арифметики Пеано.  
    • X арифметически сводится к Y, если определено формулой на расширенном языке с предикатом для принадлежности к Y.  
    • Отношение X ≤A Y рефлексивно и транзитивно, что определяет отношение эквивалентности.  
  • Арифметическая иерархия подмножеств пространства Кантора и Бэра

    • Подмножества пространства Кантора классифицируются как Σn0, Πn0 или Δn0 в зависимости от возможности определения с помощью соответствующих формул.  
    • Подмножества пространства Бэра классифицируются аналогично через отображение на пространство Кантора.  
  • Расширения и вариации

    • Можно определить арифметическую иерархию с использованием языка, расширенного функциональным символом для примитивно-рекурсивных функций.  
    • Более семантическая вариация иерархии может быть определена для конечных отношений в натуральных числах.  
  • Определение отношений в арифметической иерархии

    • Отношение R(n1, …, nl, m1, …, mk) является Πn0, тогда отношение S(n1, …, nl) = ∃m1 ⋯ ∃mk R(n1, …, nl, m1, …, mk) определяется как Σn+10.  
    • Σ00 = Π00 = Δ00, что идентично Δ10.  
  • Свойства арифметической иерархии

    • Πn0 и Σn0 замкнуты при конечных объединениях и пересечениях.  
    • Набор является Σn0 тогда и только тогда, когда его дополнение является Πn0.  
    • Набор является Δn0 тогда и только тогда, когда он является Σn0 и Πn0, и его дополнение также является Δn0.  
  • Включения и иерархия

    • Πn0 ⊊ Πn+10 и Σn0 ⊊ Σn+10 для всех n.  
    • Δn0 ⊊ Πn0, Δn0 ⊊ Σn0 и Σn0 ∪ Πn0 ⊊ Δn+10 для n ≥ 1.  
    • Σ00 = Π00 = Δ00 = Σ00 ∪ Π00 ⊆ Δ10.  
  • Отношение к машинам Тьюринга

    • Вычислимые множества находятся в Δ10.  
    • Рекурсивно перечислимые множества находятся в Σ10.  
    • Проблема остановки для Δn0,Y оракула находится в Σn+10,Y.  
  • Полиномиальная иерархия

    • Полиномиальная иерархия устанавливает полиномиальные ограничения по длине чисел.  
    • Это дает более точную классификацию множеств на уровне Δ10.  
  • Связь с другими иерархиями

    • Аналитическая иерархия  
    • Иерархия Леви  
    • Иерархия (математика)  
    • Логика интерпретируемости  

Полный текст статьи:

Арифметическая иерархия

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх