形式陈述
固定通用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。 。无限比特序列 称为 -平凡,若
指自然数 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 的串能计算 ,总有 ;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 必须对所有 相同。允许每个 自选常数会让条件对任何序列都成立;只写 也比精确的 弱。
直觉
对一条可计算序列,告诉程序“输出前 位”就足够,描述长度主要花在 上。-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 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 当且仅当 是平方数。固定一个程序,先运行 的最短自分隔描述,再检查 是否为平方数并输出比特。解释器长度固定,所以
这个证明对任意可计算 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 -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 ,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 改变比特,所有长度大于 的前缀都要更新。构造用阶段成本
估计更新请求的 Kraft 质量; 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 的第 位放在 ,其余位置置零。长度 的前缀只包含约 个随机位,所以复杂度除以 趋零。然而从 可恢复整个 。若 是 -平凡的,下面的低随机性定理会给出 ,于是随机的 应仍相对于 随机;但 可逐位算出 ,其前缀柱集正构成捕获 的 -检验,矛盾。这使用的是相对随机性公理库相对 Martin–Löf 随机性Relative Martin-Lof randomness · Oracle randomness把 oracle 作为检验者可用的额外信息,定义相对随机性,并展示自身 oracle、可计算 oracle 与信息强弱的区别。,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 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: 为 -平凡;以 为 oracle 不会把任何字符串的前缀复杂度统一降低无界量(); 对 Martin-Löf 随机性低,即 。[1, §§7–8]
相对随机性公理库相对 Martin–Löf 随机性Relative Martin-Lof randomness · Oracle randomness把 oracle 作为检验者可用的额外信息,定义相对随机性,并展示自身 oracle、可计算 oracle 与信息强弱的区别。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 图灵跳跃低性公理库Low 集Low set · Low degree · 低集满足 A′≡T0′ 的自然数集合;定义适用于一般集合,c.e. 构造是其重要专门情形。更特殊,不能把两种“低”当作同一个定义。
由 可知 -平凡序列的有效 Hausdorff 维数公理库有效 Hausdorff 维数Effective Hausdorff dimension · Constructive dimension以可有效押注的维数刻画前缀信息密度下极限,手算稀释随机序列,并解释维数一仍可能不随机。为零。反方向不成立,上面的稀疏编码就是边界。
参考资料