形式陈述
在 Cantor 空间,函数 为一个 -超赌徒(-supergale),若
下半可计算指存在统一全可计算的有理近似公理库可计算函数Computable function · Recursive function有图灵机对每个合法输入都停机并输出其值的全函数。 ,随 单调增加到 ,并不附带可计算误差界。若 沿 的前缀无界,就说它在 上成功。有效 Hausdorff 维数是所有满足“存在下半可计算 -超赌徒在 上成功”的可计算实数 的下确界。Mayordomo 的刻画定理为
其中 是前缀复杂度公理库前缀复杂度与 Levin–Schnorr 定理Prefix-free Kolmogorov complexity · Levin–Schnorr theorem · Kraft–Chaitin theorem · 前缀 Kolmogorov 复杂度构造通用前缀机与 Kraft–Chaitin 在线编码,证明无限序列的 Martin-Löf 随机性等价于所有前缀的压缩亏损有统一常数界。。[1] 其值在 ;普通几何中单点集的 Hausdorff 维数始终为零,这里加入有效性后才对单个无限序列得到非平凡数值。
直觉
维数问:在无限多个长前缀上,每一位至少需要多少不可压缩信息。下极限让低信息密度的长阶段起决定作用;偶尔出现一大块复杂数据,未必提高这个下极限。
当 时,赌徒每一轮可分给两个孩子的总资本小于公平赌徒的相应预算,成功更困难。可压缩前缀提供便宜的覆盖,正好补偿这项资本折损。
例子与边界
每个随机位后插入一个零
令 为 Martin-Löf 随机,取 、。由 可恢复 ,故
反过来,从 的前 位可输出这 位,且 ,故上界为 。奇数长度只多一位,因此复杂度比值趋于 ,得到 。
这个例子不是把随机性一分为二: 具有完全可预测的奇数位,明显不随机;维数记录剩下随机信息所占的渐近密度。
维数一仍可有可计算异常
在位置 固定放零,其余位置按顺序放入随机序列 。长度 中只删去 个随机位置,提取其余位可得
结合一般上界,信息密度趋一。但要求前 个指定位置都为零的事件测度恰为 ,构成有效检验,所以 不随机。Martin-Löf 随机性要求复杂度亏损有统一常数界,维数一只要求亏损相对 可以忽略。
刻画定理的编码机制
先设 是非负有理数,且有无限多个前缀 满足 。每个停机程序 输出一个有限串 后,把质量 放在 中,并在其后续坐标上按公平币分配。把所有程序的贡献相加,得到总质量至多一、柱集质量 下半可计算的测度:观察到一次停机,就能计算它对任一柱集的有理贡献。令
柱集分裂等式使它成为下半可计算的 -赌徒。对于上述可压缩前缀,其最短程序至少贡献 ,故 ,沿这些前缀无界。这给出维数不超过复杂度密度下极限。
反过来,设下半可计算 -超赌徒 成功,取有理数 。逐层迭代超赌徒不等式,有
对每个 ,枚举所有已证实 的长为 的串,各请求长度 ,同一串只请求一次。这些请求的总 Kraft 权重至多
选择一个足够大的固定整数 使其至多一,Kraft–Chaitin 定理便给出同一台前缀机。成功保证沿 有无限多个这样的前缀,所以其复杂度密度下极限至多 。让 从上逼近 ,再取成功赌徒参数的下确界,便得反向不等式。证明只枚举严格资本下界,没有假定能够有效判定“首次越界”的最短前缀。[1,2]
推论与应用
$K$-平凡公理库K-平凡性K-triviality · K-trivial set用前缀复杂度接近长度本身的描述成本定义 K-平凡集,区分统一常数、可计算性、零维数与低性。序列和所有可计算序列维数均为零,但零维数不等于可计算。用越来越稀疏的位置保存不可计算数据,仍可能保留全部图灵信息而令密度归零。
若将 liminf 换为 limsup,得到的是有效强维数(与有效 packing 维数对应),衡量高信息密度阶段;不能只换一个极限符号而沿用同一个名称。
参考资料