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定义Definition

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。

形式陈述 ​

固定通用前缀复杂度 K。无限比特序列 A 称为 K-平凡,若

∃c ∀nK(A↾n)≤K(n)+c.

K(n) 指自然数 n 的某个固定可有效编解码的表示的前缀复杂度。更换编码只改变一个加法常数。因为从长度为 n 的串能计算 n,总有 K(n)≤K(A↾n)+O(1);所以定义说每个前缀几乎只携带其长度不可避免的信息。[1, §§6–8]

常数 c 必须对所有 n 相同。允许每个 n 自选常数会让条件对任何序列都成立;只写 K(A↾n)=O(log⁡n) 也比精确的 K(n)+O(1) 弱。

直觉

对一条可计算序列,告诉程序“输出前 n 位”就足够,描述长度主要花在 n 上。K-平凡性要求所有前缀都达到近似这种低信息水平,却不要求存在一台程序能统一生成整条序列。

差别藏在最短程序之间的协调:每个前缀都有短描述,不代表这些描述能由长度 n 有效找出,更不代表它们拼成同一个全可计算生成器。

例子与边界

可计算序列为什么满足精确的界 ​

取 A(n)=1 当且仅当 n 是平方数。固定一个程序,先运行 n 的最短自分隔描述,再检查 0,…,n−1 是否为平方数并输出比特。解释器长度固定,所以

K(A↾n)≤K(n)+cA.

这个证明对任意可计算 A 成立,而不依赖计算各位耗时是否短。它证明的是程序长度界,不是时间复杂度界。

非可计算实例为何可能存在 ​

确实存在非可计算、甚至可枚举的 K-平凡集。[1, §6] 构造必须在两个要求间协调:偶尔把一个新数枚举进 A,以避开某个候选可计算集合;同时补发受影响前缀的新短描述。

若在位置 x 改变比特,所有长度大于 x 的前缀都要更新。构造用阶段成本

c(x,s)=∑x<n≤s2−Ks(n)

估计更新请求的 Kraft 质量;Ks(n) 是已发现程序给出的当前最短描述长度;尚未发现描述时取 +∞,并约定其权重为零。把改动推迟到足够大的位置,并控制总支付成本,便能用 Kraft–Chaitin 分配所有必要描述。难点是同时满足非可计算性要求与有限总成本;这是一项优先构造定理,不能只凭“选得稀疏”来代替。[1]

信息密度为零还远远不够 ​

把任意随机序列 R 的第 k 位放在 A(2k),其余位置置零。长度 n 的前缀只包含约 log2⁡n 个随机位,所以复杂度除以 n 趋零。然而从 A 可恢复整个 R。若 A 是 K-平凡的,下面的低随机性定理会给出 MLRA=MLR,于是随机的 R 应仍相对于 A 随机;但 A 可逐位算出 R,其前缀柱集正构成捕获 R 的 A-检验,矛盾。这使用的是相对随机性,不是仅凭跳跃 low:确实存在 low degree 的 Martin-Löf 随机序列。稀疏安放随机信息并不自动满足 K(n)+O(1) 的严格上界。

推论与应用

一个深刻的等价定理给出三种视角:A 为 K-平凡;以 A 为 oracle 不会把任何字符串的前缀复杂度统一降低无界量(K(x)≤KA(x)+O(1));A 对 Martin-Löf 随机性低,即 MLRA=MLR。[1, §§7–8]

相对随机性因此说明这种信息虽然可能不可计算,却不会增加有效随机性检验的排除能力。它比 图灵跳跃低性更特殊,不能把两种“低”当作同一个定义。

由 K(n)=O(log⁡n) 可知 K-平凡序列的有效 Hausdorff 维数为零。反方向不成立,上面的稀疏编码就是边界。

参考资料
关系图谱11 个相邻概念 · 3 类关系

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