Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Кулабухов С.Ю. Дискретная математика1

.pdf
Скачиваний:
49
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
1.17 Mб
Скачать

gLAWA VII. oSNOWY TEORII ALGORITMOW

pRIMER 4.

lEGKO UBEDITXSQ W TOM, ^TO SHEMA N. A. m.:

0b !

1

a0

! 0a

0a !

0b

1b !

2

a1

! 1a

1a !

1b

2b !

3

a2

! 2a

2a !

2b

3b !

4

a3

! 3a

3a !

3b

4b !

5

a4

! 4a

4a !

4b

5b !

6

a5

! 5a

5a !

5b

6b !

7

a6

! 6a

6a !

6b

7b !

8

a7

! 7a

7a !

7b

8b !

9

a8

! 8a

8a !

8b

9b ! b0 a9 ! 9a

9a ! 9b

b ! 1

 

 

I! a

 

NORMALXNO WY^ISLQET FUNKCI@ f(x) = x + 1 W DESQTIRI^NOJ SISTEME S^ISLENIQ (W ALFAWITE

X = f0 1 2 3 4 5 6 7 8 9g). zDESX W KA^ESTWE RAS[IRENIQ X ALFAWITA X RASSMATRIWAETSQ ALFA- WIT X = X Sfa bg.

3.5. pRINCIP NORMALIZACII mARKOWA. sOZDATELEM TEORII NORMALXNYH ALGORITMOW

QWLQETSQ SOWETSKIJ MATEMATIK a. a. mARKOW (1903{1979). iM BYLA WYDWINUTA ESTESTWENNO- NAU^NAQ GIPOTEZA, PODOBNAQ TEZISAM ~ER^A I tX@RINGA. oNA POLU^ILA NAZWANIE PRINCIP NORMA-

LIZACII mARKOWA.

pRINCIP NORMALIZACII mARKOWA. ~ASTI^NAQ ^ISLOWAQ FUNKCIQ QWLQETSQ WY^ISLIMOJ TOG- DA I TOLXKO TOGDA, KOGDA ONA QWLQETSQ NORMALXNO WY^ISLIMOJ.

oTMETIM, ^TO a. a. mARKOWYM VE DOKAZANO, ^TO KLASS NORMALXNO WY^ISLIMYH FUNKCIJ SOW- PADAET S KLASSOM ^ASTI^NO REKURSIWNYH FUNKCIJ (I, SLEDOWATELXNO, S KLASSOM WY^ISLIMYH PO tX@RINGU FUNKCIJ). iZ \TOGO REZULXTATA WYTEKAET \KWIWALENTNOSTX PRINCIPA NORMALIZACII mARKOWA TEZISAM ~ER^A I tX@RINGA. |TO OZNA^AET, ^TO TEORII REKURSIWNYH FUNKCIJ, MA[IN tX@RINGA I NORMALXNYH ALGORITMOW mARKOWA RAWNOSILXNY. w RAZNOE WREMQ W RAZNYH STANAH U^ENYE NEZAWISIMO DRUG OT DRUGA, IZU^AQ INTUITIWNOE PONQTIE ALGORITMA I ALGORITMI^ESKOJ WY^ISLIMOSTI, SOZDALI TEORII, OPISYWA@]IE DANNOE PONQTIE, KOTORYE OKAZALISX RAWNOSILXNY- MI. eSLI BY ODIN IZ \TIH KLASSOW OKAZALSQ [IRE KAKOGO-LIBO DRUGOGO, TO SOOTWETSTWU@]IJ TEZIS ~ER^A, tX@RINGA ILI mARKOWA BYL BY OPROWERGNUT. nAPRIMER, ESLI BY KLASS NORMALXNO WY- ^ISLIMYH FUNKCIJ OKAZALSQ [IRE KLASSA REKURSIWNYH FUNKCIJ, TO SU]ESTWOWALA BY NORMALXNO WY^ISLIMAQ, NO NE REKURSIWNAQ FUNKCIQ. w SILU EE NORMALXNOJ WY^ISLIMOSTI I PRINCIPA NORMA- LIZACII mARKOWA ONA BYLA BY ALGORITMI^ESKI WY^ISLIMA W INTUITIWNOM PONIMANII ALGORITMA, I PREDPOLOVENIE OB EE NEREKURSIWNOSTI OPROWERGALO BY TEZIS ~ER^A. oDNAKO \TI KLASSY FUNK- CIJ SOWPADA@T, ^TO SLUVIT E]E ODNIM KOSWENNYM PODTWERVDENIEM TEZISOW ~ER^A, tX@RINGA I PRINCIPA NORMALIZACII mARKOWA. oTMETIM, ^TO SU]ESTWU@T E]E I DRUGIE WARIANTY TEORIJ ALGORITMOW, FORMALIZU@]IH INTUITIWNOE PONQTIE ALGORITMA, I DLQ WSEH NIH TAKVE DOKAZANA IH RAWNOSILXNOSTX S RASSMOTRENNYMI TEORIQMI.

3.6.nOWYE TERMINY. pODSLOWA I WHOVDENIQ SLOW W DRUGIE SLOWA. mARKOWSKAQ PODSTA-

NOWKA, FORMULA MARKOWSKOJ PODSTANOWKI. pRIMENIMYE I NEPRIMENIMYE PODSTANOWKI K DANNO- MU SLOWU. zAKL@^ITELXNYE PODSTANOWKI. sHEMA NORMALXNOGO ALGORITMA. nORMALXNYJ ALGORITM (mARKOWA), OPREDELQEMYJ DANNOJ SHEMOJ. pERERABOTKA N. A. m. ODNOGO SLOWA W DRUGOE. pRIME- NIMYJ I NEPRIMENIMYJ N. A. m. K DANNOMU SLOWU. nORMALXNO WY^ISLIMYE FUNKCII. pRINCIP NORMALIZACII mARKOWA.

3.7.kONTROLXNYE WOPROSY.

1.sKOLXKO WHOVDENIJ IMEET SLOWO aa W SLOWO aaaa?

140

x 3. nORMALXNYE ALGORITMY mARKOWA

2.nAJDITE: SubIa(ABRAKADABRA), SubIAB(SubIADABRA(ABRAKADABRA)), SubIAM(AMA), SubIR(AMBAR), SubLR(AMBAR), SubUGAMB(AMBAR), SubIRAB(AMBAR), SubIBAR(AMBAR).

3.iZMENITSQ LI N. A. m., ESLI W OPREDELQ@]EJ EGO SHEME DWE PODSTANOWKI POMENQTX MESTAMI?

4.iZWESTNO, ^TO PROCESS POSTROENIQ POSLEDOWATELXNOSTI SLOW W DANNOM N. A. m. ISHODQ IZ DANNOGO SLOWA A NIKOGDA NE ZAWER[AETSQ. ~TO MOVNO SKAZATX PO \TOMU POWODU?

5.nI ODNA IZ PODSTANOWOK SHEMY, OPREDELQ@]EJ N. A. m. NEPRIMENIMA K SLOWU A. ~TO QWLQETSQ REZULXTATOM PRIMENENIQ N. A. m. K SLOWU A?

3.8.uPRAVNENIQ.

1.pOSTROJTE SHEMY DLQ NORMALXNOGO WY^ISLENIQ ^ASTI^NYH ^ISLOWYH FUNKCIJ: o(x) = 0 f(x y) = x f(x y) = y f(x y z) = x f(x y z) = z f(x y z) = y.

2.dOKAVITE NORMALXNU@ WY^ISLIMOSTX FUNKCIJ: f(x) = 2x f(x) = x ; 1 f(x) = x ; 1 f(x) = x ; 2 f(x) = x ; 2 f(x) = x ; y.

3.dOKAVITE, ^TO SUPERPOZICIQ NORMALXNO WY^ISLIMYH FUNKCIJ NORMALXNO WY^ISLIMA.

4.dOKAVITE \KWIWALENTNOSTX PRINCIPA NORMALIZACII mARKOWA TEZISAM ~ER^A I tX@RINGA.

141

x 4. aLGORITMI^ESKI NERAZRE[IMYE PROBLEMY

aLGORITMI^ESKIE PROBLEMY. nEWY^ISLIMYE FUNKCII. rEKURSIWNYE MNOVESTWA. pROBLEMA OB]EZNA^IMOSTI FORMUL ALGEBRY PREDIKATOW. dIOFANTOWY URAWNENIQ.

aLGORITMI^ESKAQ PROBLEMA | \TO PROBLEMA, W KOTOROJ TREBUETSQ NAJTI EDINYJ METOD (ALGO- RITM) DLQ RE[ENIQ BESKONE^NOJ SERII ODNOTIPNYH ZADA^. tAKIE PROBLEMY WOZNIKALI I RE[ALISX W RAZLI^NYH OBLASTQH MATEMATIKI NA PROTQVENII WSEJ EE ISTORII. pRIMERY TAKIH PROBLEM RAS- SMATRIWALISX W x 1.

uVE OTME^ALOSX, ^TO W NA^ALE XX WEKA U MATEMATIKOW NA^ALI POQWLQTXSQ PODOZRENIQ, ^TO NE- KOTORYE ALGORITMI^ESKIE PROBLEMY NE IME@T RE[ENIQ. w SWQZI S \TIM WOZNIKLA NEOBHODIMOSTX DATX TO^NOE OPREDELENIE SAMOMU PONQTI@ ALGORITMA. mY POZNAKOMILISX S NESKOLXKIMI SPOSO- BAMI TAKOGO UTO^NENIQ, I W \TOM PARAGRAFE PRIWEDEM PRIMERY ALGORITMI^ESKI NERAZRE[IMYH PROBLEM.

4.1. nEWY^ISLIMYE FUNKCII. pUSTX K^R, KWT, KNW | KLASSY ^ASTI^NYH ^ISLOWYH FUNKCIJ: WSEH ^ASTI^NO REKURSIWNYH, WSEH WY^ISLIMYH PO tX@RINGU I WSEH NORMALXNO WY^IS- LIMYH SOOTWETSTWENNO. w SOOTWETSTWII S TEOREMOJ 2.5.1 I P. VII.3.4. WSE \TI KLASSY SOWPADA@T:

K^R = KWT = KNW

eSLI KIW | KLASS WSEH INTUITIWNO WY^ISLIMYH ^ASTI^NYH ^ISLOWYH FUNKCIJ, TO W SOOT- WETSTWII S TEZISOM ~ER^A (TEZISOM tX@RINGA, PRINCIPOM NORMALIZACII mARKOWA) IMEEM:

KIW = K^R = KWT = KNW:

uSLOWIMSQ ^ASTI^NYE ^ISLOWYE FUNKCII PREDSTAWLQTX \SLOWARNYMI" FUNKCIQMI W ALFAWITE f0 1g. nAPRIMER, ESLI

f(x1 x2 : : : xn) = y

TO SOOTWETSTWU@]U@ SLOWARNU@ FUNKCI@, KOTORU@ OBOZNA^IM TOJ VE BUKWOJ f, OPREDELIM TAK:

 

 

f(11

: : : 1

0 11

: : :1 0 : : :

0 11 : : :1) = 11

: : :1 :

 

 

|

 

{z }

|

 

{z }

 

 

 

 

|

{z }

 

 

|

{z }

 

 

 

 

 

x1

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

xn

 

 

 

 

y

eSLI f | NORMALXNO WY^ISLIMAQ FUNKCIQ, TO ESTX f 2 KNW, TO SU]ESTWUET N. A. m., OPREDE-

LQEMYJ SHEMOJ

 

 

 

 

 

8

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B1

 

C1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B2

 

!

C2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

: : :

: : :

: : :: : :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

! Cs s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< Bs

 

 

 

 

 

 

 

W NEKOTOROM RAS[IRENII

f

0 1

g

 

Xf

ALFAWITA>

 

f

0 1

g

, GDE

i

2 f

I , KOTORYJ SLOWO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

 

 

 

 

S 11 : : :1 0 11 : : :1 0 : : :0 11 : : :1

 

 

 

 

 

 

 

|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

x2

 

}

 

 

|

xn

}

 

 

PERERABATYWAET W SLOWO

 

 

 

 

{z } |

{z

 

 

 

{z

 

 

11 : : :1 :

y=|f(x{z1 :::}xn)

dLQ KAVDOJ NORMALXNO WY^ISLIMOJ FUNKCII f SHEMA N. A. m. SODERVIT KONE^NOE ^ISLO POD- STANOWOK, KAVDAQ IZ KOTORYH SODERVIT KONE^NOE ^ISLO SIMWOLOW. tAKIM OBRAZOM, MNOVESTWO Xf , KONE^NO, DLQ WSQKOJ NORMALXNO WY^ISLIMOJ FUNKCII. tAK KAK OBOZNA^ENIE SIMWOLOW Xf NE IMEET ZNA^ENIQ (LI[X BY ONI BYLI OTLI^NY OT UVE ISPOLXZUEMYH SIMWOLOW 0 1 ! \ " ?), TO WZQW W KA^ESTWE Xf DLQ WSEH f ODNO I TO VE S^ETNOE MNOVESTWO X = fx1 x2 : : :g, WSQKIJ N. A. m., WY^IS- LQ@]IJ NEKOTORU@ NORMALXNO WY^ISLIMU@ FUNKCI@, MOVNO ZAPISATX W WIDE SLOWA (KONE^NOJ POSLEDOWATELXNOSTI SIMWOLOW) W ALFAWITE:

I = X [f0 1 ! \ " ?g

142

x 4. aLGORITMI^ESKI NERAZRE[IMYE PROBLEMY

KOTORYJ, O^EWIDNO, S^ETEN. |TO ZNA^IT, ^TO MNOVESTWO WSEH N. A. m., WY^ISLQ@]IH NORMALXNO WY^ISLIMYE ^ASTI^NYE ^ISLOWYE FUNKCII, QWLQETSQ S^ETNYM.

tAKIM OBRAZOM, KLASS KNW NORMALXNO WY^ISLIMYH ^ASTI^NYH ^ISLOWYH FUNKCIJ S^ETEN. nO MNOVESTWO WSEH ^ASTI^NYH ^ISLOWYH FUNKCIJ IMEET MO]NOSTX KONTINUUMA. |TO OZNA^AET, ^TO SU]ESTWU@T ^ASTI^NYE ^ISLOWYE FUNKCII, NE QWLQ@]IESQ NORMALXNO WY^ISLIMYMI I, SLEDO- WATELXNO, NE QWLQ@]IESQ REKURSIWNYMI I NE QWLQ@]IESQ WY^ISLIMYMI PO tX@RINGU. tAKIE ^ISLOWYE FUNKCII NAZOWEM NEWY^ISLIMYMI.

4.2.pRIMER NEWY^ISLIMOJ FUNKCII. tAK KAK NORMALXNO WY^ISLIMYH FUNKCIJ S^ET-

NOE MNOVESTWO, TO PERENUMERUEM WSE \TI FUNKCII. tAKIM OBRAZOM, WSQKAQ NORMALXNAQ FUNKCIQ

IMEET NEKOTORYJ NOMER. pUSTX '0 '1 '2 : : : | WSE NORMALXNO WY^ISLIMYE FUNKCII. oPREDELIM

^ISLOWU@ FUNKCI@ f SLEDU@]IM OBRAZOM:

 

'x(x) + 1

ESLI 'x(x) OPREDELENO

f(x) = ( 1

ESLI 'x(x) NE OPREDELENO:

eSLI PREDPOLOVITX, ^TO FUNKCIQ f(x) NORMALXNO WY^ISLIMA, TO POLU^IM, ^TO f(x) = 'k(x) DLQ NEKOTOROGO k 2 N0. tAK KAK f(x) WS@DU OPREDELENA, TO I 'k(x) OPREDELENA WS@DU NA N0. tOGDA

f(k) = 'k(k):

nO PO OPREDELENI@ FUNKCII f(x) IMEEM:

f(k) = 'k(k) + 1:

iZ DWUH POSLEDNIH RAWENSTW POLU^AEM PROTIWORE^IWOE RAWENSTWO:

'k(k) = 'k(k) + 1:

tAKIM OBRAZOM, OPREDELENNAQ WY[E FUNKCIQ f(x) NE QWLQETSQ NORMALXNO WY^ISLIMOJ, I POTOMU NE QWLQETSQ WY^ISLIMOJ PO tX@RINGU I ^ASTI^NO REKURSIWNOJ, TO ESTX DLQ WY^ISLENIQ WSEH EE ZNA^ENIJ NE SU]ESTWUET ALGORITMA.

4.3.rEKURSIWNYE MNOVESTWA.

oPREDELENIE 1. pUSTX A N0. ~ISLOWAQ FUNKCIQ

 

 

 

2

A =

 

0

ESLI x 2 A

 

 

1

ESLI x = A

NAZYWAETSQ HARAKTERISTI^ESKOJ FUNKCIEJ MNOVESTWA A.

pRIMER 1.

1.eSLI A = ?, TO ?(x) = 1.

2.eSLI A = N0, TO N0 (x) = 0.

oPREDELENIE 2. ~ISLOWOE MNOVESTWO A N0 NAZYWAETSQ REKURSIWNYM, ESLI EGO HARAKTE- RISTI^ESKAQ FUNKCIQ A QWLQETSQ REKURSIWNOJ.

mNOVESTWO, NE QWLQ@]EESQ REKURSIWNYM NAZYWAETSQ NEREKURSIWNYM.

pRIMER 2.

1. iZ PRIMERA 4.3.1 WIDNO, ^TO PUSTOE MNOVESTWO I MNOVESTWO N0 QWLQ@TSQ REKURSIWNYMI, TAK KAK IH HARAKTERISTI^ESKIE FUNKCII QWLQ@TSQ REKURSIWNYMI. w SAMOM DELE, ?(x) = 1 = s(o(x))

I N0 (x) = 0 = o(x), GDE o(x) I s(x) | PROSTEJ[IE FUNKCII.

2. pUSTX A = fa1 a2 : : : ang | PROIZWOLXNOE KONE^NOE MNOVESTWO. pOKAVEM, ^TO ONO QWLQETSQ REKURSIWNYM.

143

pROBLEMOJ WHOVDENIQ

gLAWA VII. oSNOWY TEORII ALGORITMOW

lEGKO PONQTX, ^TO EGO HARAKTERISTI^ESKAQ FUNKCIQ ESTX

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

ESLI x > 0

A(x) = Sg jx ; a1j Sg jx ; a2j : : : Sg jx ; anj GDE Sg(x) = 0

ESLI x = 0.

dEJSTWITELXNO, ESLI x 2

A, TO x = ak, GDE ak 2

A. sLEDOWATELXNO, Sg jx ; akj = 0, A PO\TOMU

I A(x) = 0. eSLI VE x

= A, TO Sg

j

x

;

ai

j

= 1

DLQ WSEH i = 1 : : : n. zNA^IT, W \TOM SLU^AE,

A(x) = 1.

2

 

 

 

 

 

pOKAVEM, ^TO A(x) QWLQETSQ PRIMITIWNO REKURSIWNOJ, A ZNA^IT I REKURSIWNOJ. wIDNO, ^TO FUNKCIQ A(x) POLU^ENA PRI POMO]I SUPERPOZICIJ IZ FUNKCIJ xy, Sg(x) I jx ; yj. pOKAVEM TEPERX, ^TO KAVDAQ IZ \TIH FUNKCIJ QWLQETSQ PRIMITIWNO REKURSIWNOJ.

A) fORMULY

x 0 = 0 = o(x)

x(y + 1) = xy + x = I13(x y xy) + xy

POKAZYWA@T, ^TO FUNKCIQ xy POLU^ENA PRI POMO]I OPERATORA PRIMITIWNOJ REKURSII IZ PRIMI-

TIWNO REKURSIWNYH FUNKCIJ (FUNKCIQ x+y QWLQETSQ PRIMITIWNO REKURSIWNOJ, SM. PRIMER 1.5.1), A ZNA^IT QWLQETSQ PRIMITIWNO REKURSIWNOJ.

B) fORMULY

Sg(0) = 0 = o(x)

Sg(x + 1) = 1 = s(o(x))

POKAZYWA@T, ^TO FUNKCIQ Sg(x) POLU^ENA PRI POMO]I OPERATORA PRIMITIWNOJ REKURSII IZ PRI-

MITIWNO REKURSIWNYH FUNKCIJ, A ZNA^IT QWLQETSQ PRIMITIWNO REKURSIWNOJ. W) zAMETIM, ^TO jx ; yj = (x ;: y) + (y ;: x), GDE FUNKCIQ

 

 

x : y =

x

; y

ESLI x y

 

 

 

 

 

;

0

 

ESLI x < y

 

 

 

NAZYWAETSQ USE^ENNOJ RAZNOSTX@.

 

 

 

 

 

 

fORMULY

:

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

x ;

0 = x = I1 (x)

 

 

 

 

 

x

:

 

:

:

3

:

:

 

;(y + 1) = (x ; y) ; 1 = I3 (x y x

; y) ; 1

 

POKAZYWA@T, ^TO FUNKCIQ x

:

y POLU^ENA PRI POMO]I OPERATORA PRIMITIWNOJ REKURSII IZ PRI-

 

;

 

 

 

 

 

:

QWLQETSQ PRIMI-

MITIWNO REKURSIWNYH FUNKCIJ (DOKAVITE SAMOSTOQTELXNO, ^TO FUNKCIQ x ; 1

TIWNO REKURSIWNOJ), A ZNA^IT QWLQETSQ PRIMITIWNO REKURSIWNOJ.

 

 

DLQ ^ISLOWOGO MNOVESTWA A NAZYWAETSQ ZADA^A OTYSKANIQ ALGORITMA, KOTORYJ PO STANDARTNOJ ZAPISI (NAPRIMER, DESQTI^NOJ) PROIZWOLXNOGO NATURALXNOGO ^ISLA a POZWOLQET UZNATX, PRINADLEVIT LI ^ISLO a MNOVESTWU A ILI NET, TO ESTX POZWOLQET WY^ISLQTX ZNA^ENIQ HARAKTERISTI^ESKOJ FUNKCII MNOVESTWA A. w SILU TEZISA ~ER^A SU]ESTWOWANIE TAKOGO ALGORITMA RAWNOSILXNO REKURSIWNOSTI HARAKTERISTI^ESKOJ FUNKCII. pO\TOMU MOVNO SKAZATX, ^TO REKURSIWNYE MNOVESTWA | \TO MNOVESTWA S ALGORITMI^ESKI RAZRE[IMOJ PROBLEMOJ WHOV- DENIQ.

nAKONEC OTMETIM, ^TO PONQTIE REKURSIWNOGO MNOVESTWA MOVNO RASPROSTRANITX I NA MNOVES- TWA, NE QWLQ@]IESQ ^ISLOWYMI. dLQ \TOGO MOVNO, NAPRIMER, PERENUMEROWATX \LEMENTY PROIZ- WOLXNOGO NE BOLEE ^EM S^ETNOGO MNOVESTWA M I RASSMATRIWATX ^ISLOWYE MNOVESTWA INDEKSOW \LEMENTOW M.

4.4.oB]EZNA^IMYE FORMULY ALGEBRY PREDIKATOW. dLQ FORMUL ALGEBRY WYSKAZY-

WANIJ SU]ESTWUET ALGORITM, POZWOLQ@]IJ OPREDELITX QWLQETSQ DANNAQ FORMULA TAWTOLOGIEJ ILI NET. tAKIM ALGORITMOM QWLQETSQ POSTROENIE TABLICY ISTINNOSTI. oDNAKO, \TOT ALGORITM NE PRIMENIM DLQ FORMUL ALGEBRY PREDIKATOW, TAK KAK TAKIE FORMULY RASSMATRIWA@TSQ I NA BESKONE^NYH MNOVESTWAH, DLQ KOTORYH PROCESS POSTROENIQ TABLIC ISTINNOSTI QWLQETSQ BESKO- NE^NYM. wOZNIKAET WOPROS: SU]ESTWUET LI ALGORITM, POZWOLQ@]IJ DLQ PROIZWOLXNOJ FORMULY ALGEBRY PREDIKATOW USTANOWITX ZA KONE^NOE ^ISLO [AGOW QWLQETSQ DANNAQ FORMULA OB]EZNA^IMOJ ILI NET? oTRICATELXNYJ OTWET NA \TOT WOPROS DAET TEOREMA, POLU^ENNAQ ~ER^EM W 1936 GODU.

144

x 4. aLGORITMI^ESKI NERAZRE[IMYE PROBLEMY

tEOREMA 1. sOWOKUPNOSTX WSEH OB]EZNA^IMYH FORMUL ALGEBRY PREDIKATOW QWLQETSQ NEREKUR- SIWNYM MNOVESTWOM.

oDNAKO, OTSUTSTWIE ALGORITMA, POZWOLQ@]EGO USTANOWITX QWLQETSQ LI PROIZWOLXNAQ FORMULA ALGEBRY PREDIKATOW OB]EZNA^IMOJ, E]E NE OZNA^AET, ^TO DLQ KAVDOJ KONKRETNOJ FORMULY \TOT WOPROS NELXZQ RE[ITX. bOLEE TOGO, SU]ESTWU@T ALGORITMY, POZWOLQ@]IE OPREDELQTX OB]EZNA- ^IMOSTX FORMULY DLQ NEKOTORYH ^ASTNYH WIDOW FORMUL. nAPRIMER, IZWESTNO, ^TO DLQ FORMUL ALGEBRY PREDIKATOW, SODERVA]IH TOLXKO ODNOMESTNYE PREDIKATNYE PEREMENNYE \TA PROBLEMA IMEET RE[ENIE. sU]ESTWU@T I NEKOTORYE DRUGIE MNOVESTWA FORMUL ALGEBRY PREDIKATOW, KOTO- RYE QWLQ@TSQ REKURSIWNYMI, TO ESTX DLQ KOTORYH ALGORITMI^ESKAQ PROBLEMA OB]EZNA^IMOSTI RAZRE[IMA.

4.5. dIOFANTOWY URAWNENIQ. pUSTX F (x1 x2 : : : xn) | MNOGO^LEN OT PEREMENNYH x1, x2 : : : xn S CELYMI KO\FFICIENTAMI. uRAWNENIE WIDA

F (x1 x2 : : : xn) = 0

NAZYWAETSQ DIOFANTOWYM. nA MEVDUNARODNOM MATEMATI^ESKOM KONGRESSE W pARIVE W 1901 GODU d. gILXBERTOM BYLA SFORMULIROWANA ODNA IZ NAIBOLEE ZNAMENITYH ALGORITMI^ESKIH PROBLEM MATEMATIKI: \nAJTI ALGORITM, POZWOLQ@]IJ DLQ L@BOGO DIOFANTOWA URAWNENIQ OPREDELITX EGO RAZRE[IMOSTX ILI NERAZRE[IMOSTX W CELYH ^ISLAH". |TA PROBLEMA IZWESTNA KAK 10-Q PROBLEMA gILXBERTA.

|TA I MNOGIE DRUGIE ALGORITMI^ESKIE PROBLEMY STIMULIROWALI POQWLENIE W 30-H GODAH NA- [EGO STOLETIQ I DALXNEJ[EE BURNOE RAZWITIE TEORII ALGORITMOW. 10-Q VE PROBLEMA gILXBERTA BYLA OTRICATELXNO RE[ENA W 1970 GODU. sOWETSKIM MATEMATIKOM `. w. mATIQSEWI^EM BYLA DOKAZANA ALGORITMI^ESKAQ NERAZRE[IMOSTX W OB]EM WIDE 10-OJ PROBLEMY gILXBERTA.

e]E RAZ OTMETIM, ^TO ALGORITMI^ESKAQ NERAZRE[IMOSTX OZNA^AET LI[X OTSUTSTWIE EDINOGO SPOSOBA DLQ RE[ENIQ WSEH EDINI^NYH ZADA^ DANNOJ SERII, W TO WREMQ KAK KAVDAQ INDIWIDUALXNAQ ZADA^A SERII WPOLNE MOVET BYTX RE[ENA SWOIM INDIWIDUALXNYM SPOSOBOM. bOLEE TOGO, MOVET SU]ESTWOWATX ALGORITM DLQ RE[ENIQ ZADA^ NEKOTOROGO BESKONE^NOGO PODKLASSA DANNOGO KLASSA ZADA^. nAPRIMER, DLQ ^ASTNOGO SLU^AQ DIOFANTOWA URAWNENIQ

anxn + an;1xn;1 + : : : + a1x + a0 = 0 GDE a0 : : : an 2 N0

(1)

HORO[O IZWESTNO, ^TO WSE EGO CELYE KORNI SLEDUET ISKATX SREDI DELITELEJ SWOBODNOGO ^LENA a0. tAKIM OBRAZOM, DLQ KLASSA DIOFANTOWYH URAWNENIJ, SOSTOQ]EGO IZ URAWNENIJ WIDA (1) SU]EST- WUET ALGORITM, POZWOLQ@]IJ NAHODITX WSE CELYE RE[ENIQ KAVDOGO URAWNENIQ \TOGO KLASSA.

4.6.nOWYE TERMINY. nEWY^ISLIMAQ FUNKCIQ. hARAKTERISTI^ESKAQ FUNKCIQ DANNOGO

MNOVESTWA. rEKURSIWNOE MNOVESTWO. pROBLEMA WHOVDENIQ. uSE^ENNAQ RAZNOSTX. dIOFANTOWO URA- WNENIE.

4.7.kONTROLXNYE WOPROSY.

1.iZ KAKIH OB]IH SOOBRAVENIJ SLEDUET SU]ESTWOWANIE NEWY^ISLIMYH FUNKCIJ?

2.sLEDUET LI IZ REKURSIWNOSTI DANNOGO ^ISLOWOGO MNOVESTWA SU]ESTWOWANIE ALGORITMA, POZ- WOLQ@]EGO OPREDELITX, QWLQETSQ LI PROIZWOLXNOE ^ISLO \LEMENTOM \TOGO MNOVESTWA ILI NET?

3.qWLQETSQ LI REKURSIWNYM MNOVESTWO WSEH ^ETNYH ^ISEL?

4.oPI[ITE ALGORITM NAHOVDENIQ WSEH CELYH KORNEJ MNOGO^LENA OT x S CELYMI KO\FFICIEN- TAMI.

145

gLAWA VII. oSNOWY TEORII ALGORITMOW

4.8.uPRAVNENIQ.

1.dOKAVITE, ^TO WSEH MYSLIMYH MA[IN tX@RINGA, OTLI^A@]IHSQ MEVDU SOBOJ PO SU]ESTWU SWOEJ RABOTY, IMEETSQ BOLEE, ^EM S^ETNOE MNOVESTWO.

2.rASSMOTRIM MNOVESTWO WSEH ODNOMESTNYH SLOWARNYH FUNKCIJ, ZADANNYH I PRINIMA@]IH ZNA^ENIQ W MNOVESTWE WSEH SLOW ODNO\LEMENTNOGO ALFAWITA A = f1g. dOKAVITE, ^TO SREDI \TIH FUNKCIJ IMEETSQ NEWY^ISLIMAQ PO tX@RINGU FUNKCIQ.

146

pRILOVENIE A

aLFAWITY

gOTI^ESKIJ ALFAWIT

A a | A G g | G

M m | M

S s

| S

Y y | Y

B b | B H h | H

N n | N

T t

| T

Z z | Z

C c | C I i | I

O o | O

U u

| U

 

D d | D J j | J

P p | P

V v

| V

 

E e | E K k | K

Q q | Q

W w | W

 

F f | F L l | L

R r | R

X x

| X

 

gRE^ESKIJ ALFAWIT

A

| aLXFA

B

| bETA

;

| gAMMA

 

| dELXTA

E " | |PSILON

Z

| dZETA

H | |TA

N

| n@

T

| tAU

 

| t\TA

 

| kSI

 

| iPSILON

I

| jOTA

O o

| oMIKRON

' | fI

K | kAPPA

$

| pI

X

| hI

| lAMBDA

P %

| rO

 

| pSI

M | m@

&

| sIGMA

!

| oMEGA

147

pRILOVENIE B

pREDMETNYJ UKAZATELX

MP | Modus Ponens (PRAWILO OTDELENIQ),

88

aKSIOMY, 86

iw, 88 aLGEBRA, 12

WYSKAZYWANIJ, 60 MNOVESTW, 12

PREDIKATOW (ap), 107 RELEJNO-KONTAKTNYH (PEREKL@^ATELXNYH)

SHEM, 65 aLGORITM, 125

NORMALXNYJ mARKOWA, 138 aLFAWIT MA[INY tX@RINGA

WNE[NIJ, 131

WNUTRENNIH SOSTOQNIJ, 131

bIEKCIQ, 19

bINARNOE OTNO[ENIE, 28 ANTISIMMETRI^NOE, 32 PORQDKA, 32 REFLEKSIWNOE, 28 SIMMETRI^NOE, 28 TRANZITIWNOE, 28 \KWIWALENTNOSTI, 28

wKL@^ENIE MNOVESTW, 9 NESTROGOE, 9 STROGOE, 9

wYWOD (DOKAZATELXSTWO), 87 wYWODIMAQ FORMULA (TEOREMA), 87 wYSKAZYWANIE, 56

KONKRETNOE, 56

PEREMENNOE, 56 PROSTOE, 56 SOSTAWNOE, 56

wYSKAZYWATELXNAQ FORMA, 101 wYSKAZYWATELXNYE PEREMENNYE, 56

gIPOTEZA, 87 gRANICA

WERHNQQ, 35

NIVNQQ, 35 TO^NAQ WERHNQQ, 35

TO^NAQ NIVNQQ, 35 gRAF

SOOTWETSTWIQ, 16 UPORQDO^ENNOGO MNOVESTWA, 33

dWUHPOL@SNYE PEREKL@^ATELI, 65 INWERSNYE, 65

dEKARTOWO PROIZWEDENIE, 16 dIOFANTOWO URAWNENIE, 145

zAKONY iw

DWOJNOGO OTRICANIQ, 91 KONTRAPOZICII, 91

OBOB]ENNOE PRAWILO PROTIWORE^IWOJ PO-

SYLKI, 92

PERWOE PRAWILO OTRICANIQ IMPLIKACII,

92

PROTIWORE^IWOJ POSYLKI, 91 zNA^ENIQ ISTINNOSTI, 56

iw (IS^ISLENIE WYSKAZYWANIJ), 87 iNTERPRETACIQ, 108

SOWMESTNAQ, 111

iNTUITIWNOE PONQTIE ALGORITMA, 125 iSTINNOSTNYE ZNA^ENIQ, 56

kWANTOR

OB]NOSTI (8), 104 SU]ESTWOWANIQ (9), 104

lOGI^ESKAQ WOZMOVNOSTX

OB]AQ, 58

OB]AQ DLQ DWUH PREDIKATOW, 103 PREDIKATA, 102

FORMULY, 58 lOGI^ESKIE SWQZKI, 56

DIZ_@NKCIQ, 56, 57

IMPLIKACIQ, 56, 57

KON_@NKCIQ, 56, 57

OTRICANIE, 56, 57 \KWIWALENCIQ, 58

mARKOWSKAQ PODSTANOWKA, 137 mA[INA tX@RINGA, 131 mA[INY tX@RINGA

KOMANDY, 131 KONFIGURACIQ, 131

MEHANI^ESKOE USTROJSTWO, 132 MODELX, 132

148

pREDMETNYJ UKAZATELX

WNE[NQQ PAMQTX, 132 WNUTRENNQQ PAMQTX, 132 KONE^NAQ LENTA, 132 UPRAWLQ@]AQ GOLOWKA, 132

PROGRAMMA, 131, 132 mNOVESTWO, 8

BESKONE^NOE, 8 KONE^NOE, 8 PUSTOE, 8 UNIWERSALXNOE, 10

mODELX DLQ MNOVESTWA FORMUL, 109 nEZAWISIMAQ SISTEMA AKSIOM, 97

oBLASTX DEJSTWIQ KWANTOROW, 104 oBLASTX INTERPRETACII, 108 oBRAZ MNOVESTWA

POLNYJ, 22

oBRAZ SOOTWETSTWIQ, 16

POLNYJ, 17 oBRATIMAQ FUNKCIQ, 20

oBRATIMOE OTOBRAVENIE, 20 oBRATNAQ ^ASTI^NAQ FUNKCIQ, 19 oPERATOR

MINIMIZACII, 128 PRIMITIWNOJ REKURSII, 127

SUPERPOZICII (PODSTANOWKI), 126 oPERACII NAD MNOVESTWAMI, 10

DOPOLNENIQ, 10

OB_EDINENIQ, 10

PERESE^ENIQ, 10 RAZNOSTX, 10

oTOBRAVENIE, 19 BIEKTIWNOE, 19

IN_EKTIWNOE, 19

NA, 19

S@R_EKTIWNOE, 19

oTRICANIE DIZ_@NKCII (OPERACIQ pIRSA), 71 oTRICANIE KON_@NKCII ([TRIH {EFERA), 71

pAROSTRO^NAQ ZAPISX PREOBRAZOWA-

NIQ, 25 pERESTANOWKI, 45

pODMNOVESTWO NESOBSTWENNOE, 9 SOBSTWENNOE, 9

pODSTANOWKA, 25 pOSLEDOWATELXNOSTX, 16 pRAWILO

ISKL@^ENIQ PROMEVUTO^NOJ POSYLKI, 89

OTDELENIQ (Modus Ponens), 88

SILLOGIZMA, 89

pREDWARENNAQ NORMALXNAQ FORMA, 115

pREDIKAT, 101

pREDIKATNYE PEREMENNYE, 103, 107 pREDMETNYE PEREMENNYE, 101, 107

SWQZANNYE, 104

pREDMETY, 107 pREOBRAZOWANIE, 24

BIEKTIWNOE, 24

IN_EKTIWNOE, 24 KONE^NYH MNOVESTW, 25

OBRATIMOE, 24 S@R_EKTIWNOE, 24

pRIWEDENNAQ FORMA, 115

pRINCIP NORMALIZACII mARKOWA, 140 pROOBRAZ MNOVESTWA

POLNYJ, 22

pROOBRAZ SOOTWETSTWIQ, 16

POLNYJ, 17 pROTIWORE^IE, 59

rAWNOSILXNYE NA MNOVESTWE FORMULY ap ,

111

rAWNOSILXNYE FORMULY, 58 rAWNOSILXNYE FORMULY ap, 111 rAZBIENIE MNOVESTWA, 28 rELEJNO-KONTAKTNYH SHEM

ANALIZ, 66

SINTEZ, 66 rE[ETKA, 35

sWOBODNAQ PREDMETNAQ PEREMENNAQ, 107 sWOJSTWA ALGORITMA

DETERMINIROWANNOSTX, 125 DISKRETNOSTX, 125 MASSOWOSTX, 125

NAPRAWLENNOSTX (OPREDELENNOSTX), 125 \LEMENTARNOSTX [AGOW, 125

sWOJSTWA LOGI^ESKIH OPERACIJ, 59 kOMMUTATIWNOSTX OPERACIJ & I _, 59 ASSOCIATIWNOSTX OPERACIJ & I _, 59 DISTRIBUTIWNYE ZAKONY, 59

ZAKON DWOJNOGO OTRICANIQ, 59 ZAKON ISKL@^ENNOGO TRETXEGO, 59 ZAKON KONTRAPOZICII, 59

ZAKON PROTIWORE^IQ, 59 ZAKONY DE mORGANA, 59 ZAKONY POGLO]ENIQ, 59

IDEMPOTENTNOSTX OPERACIJ & I _, 59 PRAWILO ISKL@^ENIQ IMPLIKACII, 60 PRAWILO ISKL@^ENIQ \KWIWALENCII, 60 SWOJSTWA PROTIWORE^IJ, 59

SWOJSTWA TAWTOLOGIJ, 59 sWOJSTWA OPERACIJ NAD MNOVESTWAMI

DWOJNOGO DOPOLNENIQ, 10 ASSOCIATIWNOSTX, 11

DE-mORGANA, 11 DISTRIBUTIWNOSTX, 11

IDEMPOTENTNOSTX, 10

KOMMUTATIWNOSTX, 11 POGLO]ENIQ, 11

149