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定义Definition

可计算随机性

Computable randomness

以全可计算非负公平赌徒定义随机性,逐步计算一种押注策略,并说明无界资本和可计算致富速度的差别。

形式陈述 ​

公平币下的非负赌徒是函数 d:2<N→[0,∞),满足

d(σ)=12d(σ0)+12d(σ1).

在公平币空间上令 Mn(X)=d(X↾n),并取前 n 位生成的滤过。每层只有有限多个有限资本值,所以 Mn 可积且适应;上式恰是鞅的条件期望等式。d(σ) 表示读完 σ 后的资本。要求资本非负,禁止无上限借债;初始资本 d(∅) 有限。

称 d 可计算,若存在统一全可计算程序,在输入 (σ,k) 时将 d(σ) 近似到误差 2−k。也可等价地只考虑取非负有理数、精确可计算的赌徒。[1, Lemma 10.3]

d 在 X 上成功,指

supnd(X↾n)=∞.

若没有任何可计算赌徒在 X 上成功,则 X 可计算随机。成功只要求资本无界,不要求每一步增加,不要求资本趋于无穷,也不提供达到金额 M 的可计算时间上界。

直觉

公平条件限制策略不能凭空产生期望资本。资本在一边增长,就必须在另一边支付代价。但一条固定序列若持续提供可预测的规律,策略可以沿着这条序列赚到任意多的钱。

“全可计算”要求策略对每个有限历史都有答案,包括实际上没有遇到的历史。允许策略在不喜欢的历史上不返回结果,会改变随机性概念;它不能把这些历史静默删除。

例子与边界

押首尾成对相同的结构 ​

从资本 1 开始。每对中的第一位不下注,第二位把全部资本押在“与第一位相同”。若下一位预测为 b,规定 d(σb)=2d(σ)、d(σ(1−b))=0;不下注时两个后继都等于当前资本。每个结点均满足公平等式。

沿 X=00110011⋯,长度 0,1,2,3,4,5,6 的资本依次为

1,1,2,2,4,4,8.

该序列的 0、1 频率相同,赌徒仍利用相邻位依赖无限致富。若在某次第二位猜错,资本归零后保持零;没有隐藏的重新注资。

为什么“押输就加倍”不是必胜证明 ​

连续加倍下注直到获胜,常被说成每轮必赚。有限本金下,足够长的连败会耗尽资本;允许负资本则违反非负赌徒的前提。忽略无限连败的单条路径,也不等于为算法随机性证明了所有路径上的合法策略。

随机性强度的证明接口 ​

初值为零的非负赌徒处处为零;正初值时除以这个可计算正实数,可把初值规范为 1 而不改变成功路径。对规范化赌徒,枚举所有已由有理误差界证实 d(σ)>2k 的串,令 Uk 为相应柱集之并。这统一给出有效开集,不必判定先前某个资本是否恰等于阈值。

仅在测度估计中,取每条越界路径的最短越界前缀。这些前缀形成前缀自由集;它本身不必由上述过程直接枚举。任一有限子集的资本加权和,可用公平等式延伸到共同深度,至多为根资本 1。再取有限部分和上确界,得到

∑σ 首次越界2−|σ|d(σ)≤1,μ(Uk)≤2−k.

资本无界的路径属于每个 Uk,所以 Martin-Löf 随机必然可计算随机。这个论证没有给出 μ(Uk) 的可计算误差界,不能直接宣称 (Uk) 是 Schnorr 检验。

推论与应用

可计算随机性严格强于 Schnorr 随机性,严格弱于 Martin-Löf 随机性。[1, §10] 前一包含可由 Schnorr 的赌徒刻画读出:若某条序列被一个具有可计算成功速度的赌徒击败,它当然也被一个无界成功的可计算赌徒击败。逆否即得可计算随机蕴含 Schnorr 随机。两处严格性仍依赖分离定理;后一差别与可计算资本和仅能从下逼近的资本有关。

在公平币上做预测时,可计算赌徒提供一种检验语言;换成偏置源,公平等式也必须改成按该源概率加权。直接把公平币赌徒拿去评价偏置币,会把模型偏差误称为序列本身的异常。

参考资料
关系图谱10 个相邻概念 · 2 类关系

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