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定义Definition

下半可计算半测度

Lower semicomputable semimeasure

在可数输出上用总质量不超过一的下半可计算权重描述部分程序,并区分离散半测度和前缀树半测度。

形式陈述 ​

本页采用离散半测度约定。对可数、有效编码的输出集合 S,函数 m:S→[0,1] 满足

∑x∈Sm(x)≤1

时称为半测度。它放宽概率分布的总质量等于一,允许某些概率质量没有产生输出。

若存在由同一全可计算函数在输入 (x,s) 上给出的有理数 ms(x),满足 0≤ms(x)≤ms+1(x) 且 ms(x)→m(x),则 m 下半可计算。我们可以逐步确认质量已经至少有多少,却未必能计算剩余误差。[1, coding theorem 部分]

若 M 是前缀自由定义域的部分可计算函数,定义

mM(x)=∑p:M(p)=x2−|p|.

交错模拟程序,每发现一个新停机输入便加入其权重,给出单调下逼近;前缀自由性经Kraft 不等式保证总质量至多一。

直觉

质量表示随机输入落在某个会停机输出 x 的程序上的概率。模拟只能发现已经停机的程序,不能把尚未停机的程序可靠地宣布为永不停止。因此每个输出的质量往往只有向上的近似。

丢失质量有两种可兼容解释:随机比特没有形成被接受的程序,或形成的计算没有终止。只观察输出分布时,两者都表现为总质量不足一;若应用需要区分原因,模型必须另加状态。

例子与边界

多个程序会把质量汇到同一输出 ​

设一台机器仅在程序 0、10、110 上停机,分别输出 a、a、b。这三个程序前缀自由,因此

mM(a)=12+14=34,mM(b)=18,∑xmM(x)=78.

剩余 1/8 没有输出。若模拟先发现 110,再发现 0,最后发现 10,ms(a) 会从 0 跳到 1/2 再到 3/4;不需要按程序长度发现,也不能在尚未发现 10 时断言 a 的质量已算完。

下半可计算通常不等于可计算 ​

取一个不可计算的左 c.e. 实数 α∈(0,1),令 m(a)=α、其余输出质量为零,就得到下半可计算半测度,却不是可计算分布。相反,若一个离散下半可计算半测度已知总质量恰为一,则每个 m(x) 都可计算:其他输出的质量和从下逼近,给 1−∑y≠xm(y) 从上逼近;上下界最终夹到任意精度。

这一论证说明归一化不是无害修饰。若总质量本身不可计算,除以它可能破坏有效性;不能先强行归一化,再声称得到可计算概率分布。

同一个名称还有树版本 ​

有些文献把 M:2<N→[0,1] 满足

M(∅)≤1,M(σ)≥M(σ0)+M(σ1)

称为连续或树半测度。这里 M(σ) 是输出延续某前缀的质量,不是输出恰好等于 σ 的质量。两种约定不可把同一个公式直接互换;后续编码定理使用本页的离散版本。

推论与应用

存在一个通用下半可计算离散半测度 m,对任意同类半测度 ν 都有常数 cν>0,使 m(x)≥cνν(x)。构造先有效枚举经过预算约束的候选半测度,再作混合 ∑e2−e−1νe。逐个分量的系数保证总质量不超过一,并给出对第 e 个分量的支配常数。

这不是逐点取最大值,后者可能超出总预算。算法编码定理进一步证明通用质量的负对数与最短前缀描述长度只差一个常数。

参考资料
关系图谱10 个相邻概念 · 2 类关系

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