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生产集

Productive set · Productive function · 产出集

能从任意被承诺落在其中的 c.e. 子集索引,有效产出一个尚未被该子集枚举到的自身元素的集合。

条目类型
定义

形式陈述

固定所有c.e. 集的统一枚举 (We)eN。集合 PN 称为 productive,若存在总可计算函数 p,对每个索引 e 都有

WePp(e)PWe.

p 称为 productive function。定义依赖可接受编号提供的统一程序索引,但 productive 性在合理编号间保持:有效翻译索引即可移植 p。蕴含式只在 WeP 时提出保证;若枚举器已经输出 P 外元素,p(e) 可以是任意值。

有些教材先允许 p 为部分可计算函数,只要求它在所有满足前件的索引上有定义;这一口径与上面的总函数口径等价,参数化递归定理可把见证全函数化,再配合 padding 还能安排成单射。不能省掉的是索引到漏项的统一有效性。

任何 productive 集都不是 c.e.。若 P=We,定义会要求 p(e)PP,矛盾;因此它也必为无限。更强的 Myhill 刻画说,令对角集 K={e:eWe},则

P productiveK1PKmP,

其中后两项分别是一一和many-one 归约

直觉

给 productive function 的输入不是一个已经列完的集合,而是一段枚举程序的代码。只要这段程序声称自己永远留在 P 内,p 就能读其索引并构造一个同属 P、却一定没被它列出的新元素。任何单一有效清单因此都无法穷尽 P,而且漏项不是纯存在:从清单代码可以有效找到。

这是一种对角“扩表器”。普通非 c.e. 只说不存在完整枚举,可能没有统一方式指出某份候选清单漏在哪里;productive 性把失败做成总可计算函数。它也不要求 p(e) 对不同 e 互异,虽然可通过标准改造取得一一 productive function;核心是每份合法候选都被自己的索引击败。

Productive 与 immune 的量词不能互换。Immune 集禁止任何无限 c.e. 子集;productive 集只禁止某个 c.e. 子集覆盖自己,并为每份子集产出漏项。一个 productive 集完全可能含有无限可计算子集,所以二者既非同义,也非集合补关系。

例子与边界

对角集 K={e:eWe} 的补集 K productive,而且 productive function 可以取最简单的 p(e)=e。假设 WeK。若 eWe,按 K 的定义有 eK,却又因子集条件有 eK,矛盾。因此 eWe;同一事实又按定义给 eK,即

p(e)=eKWe.

这段两步对角核验同时证明“在 P 内”和“在清单外”,不能只证明后者。

K 还展示 productive 不等于immune。由 padding 可总可计算地产生两两不同的索引 d0,d1,,每个索引都代表处处发散程序;于是 dnWdn,所以 {dn:nN}K 内的无限可计算子集。Productive function 仍能对这份清单给出另一个漏项,并不要求清单有限。

边界还在蕴含前件。若 We 只“目前看来”落在 P,却未来可能枚举出外部元素,定义不保证 p(e);无法用有限阶段观察确认 WeP。另一方面,非 c.e. 集也未必 productive:不存在完整枚举不等于能从每份候选子集的索引统一抽取漏项。

推论与应用

集合 C creative 当且仅当 C c.e. 且 C productive。于是 productive function 把“不可能有效枚举完否定信息”转化为 creative 集的 many-one 完全性。K 是标准 creative 集,K 则是标准 productive 集;两个术语描述互补集合上的不同性质,productive 集本身不能归入 c.e.

在形式理论中,若真句编码集 T productive,那么任何 c.e. 的正确理论 WeT 都漏掉可由 e 有效构造的真句 p(e)。这给不完备性一种“从公理化程序产生新真句”的形式,但应用必须证明真理集确实 productive,并区分语义真理与理论可证性;单靠理论不完备并不会自动提供 productive function。

Many-one 刻画还表明 productive 性带有统一的归约强度。若 KmP,任意声称枚举完 P 的程序都会经归约诱导对角矛盾;反向则从 p 与自指构造总可计算归约。后一方向真正使用了可接受编号和不动点机制,不能从“每份清单总有漏项”这一非一致陈述直接推出。

参考资料
  • Emil L. Post, “Recursively Enumerable Sets of Positive Integers and Their Decision Problems,” Bulletin of the American Mathematical Society 50(5), 1944, pp. 284–316,productive and creative sets。
  • John Myhill, “Creative Sets,” Zeitschrift für Mathematische Logik und Grundlagen der Mathematik 1(2), 1955, pp. 97–108,productive functions and reducibility characterizations。
  • Hartley Rogers Jr., Theory of Recursive Functions and Effective Computability, MIT Press, 1987,章节 “Creative and Productive Sets”。
关系图谱10 个相邻概念 · 2 类关系

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