- Как мы можем выразить"как формула первого порядка?
- Какой уровень арифметической иерархии содержит эту формулу (и каков в настоящее время известный минимальный уровень иерархии, которая ее содержит)?
Для справки, смотрите этот пост в блоге Lipton .
Для справки, смотрите этот пост в блоге Lipton .
Ответы:
Во-первых, я хочу обратиться к комментариям к вопросу, где было высказано предположение, что «ложь» выражает потому что утверждение является ложным. Хотя это может быть хорошей шуткой, на самом деле очень вредно так думать. Когда мы спрашиваем, как выразить определенное предложение в определенной формальной системе, мы не говорим о истинных ценностях. Если бы мы были, то когда кто-то спросил: «Как записать тот факт, что простых чисел бесконечно много?» мы могли бы ответить «3 + 3 = 6», но это явно не подойдет. По той же причине «ложь» не является правильным ответом на «как записать»? ". Я думаю, что Фреге и Рассел изо всех сил пытались преподать нам этот урок. Хорошо, теперь ответ.
Позвольте мне показать, как выразить , другое направление аналогично, и тогда вы можете соединить их вместе, чтобы получить , В любом случае, для ваших целей может быть достаточно выразитьв зависимости от того, что вы делаете.
Использование методов, аналогичных тем, которые используются при построении предиката Клиниможно построить формулу ограниченного квантора (который, таким образом, проживает в ) говоря "когда мы запускаем машину, закодированную и ограничил свое использование пространства , машина принимает ввод ." Вот длина , Неформальный способ увидеть, что такие формулы существуют:, , а также мы можем вычислить примитивную рекурсивную границу для того, сколько времени и места нам понадобится (т.е. самое большее пространство и самое большее время). Затем мы просто ищем все возможные трассы выполнения, которые находятся в пределах вычисляемых границ - такой поиск довольно неэффективен, но он примитивно рекурсивен и поэтому мы можем выразить его как ограниченную формулу.
Есть похожая формула в котором время выполнения связано ,
Теперь рассмотрим формулу:
Мы можем улучшить это, если мы хотим вместо этого выразить предложение "находится в polytime ", что должно быть достаточно для большинства приложений, так как TQBF является завершенным PSPACE и поэтому его присутствие в polytime эквивалентно, Позволять быть (код) машиной, которая распознает TQBF в пространстве , Затем "«можно выразить как
Андрей уже объяснил, что может быть написано как -приговор. Позвольте мне упомянуть, что эта классификация является оптимальной в том смысле, что если утверждение эквивалентно- значит, этот факт не релятивизируется. Точнее, набор оракулов такой, что определяется по формула со свободной переменной второго порядка , но это не определяется ни одним -формула. Аргумент изложен (для, но это работает точно так же для ) в комментариях на /mathpro/57348 . (На самом деле, разработкой идеи можно показать, что множество-полный в соответствующем смысле.)
РЕДАКТИРОВАТЬ: Топологическое доказательство, приведенное в связанном комментарии, короткое, но может показаться сложным. Вот прямой аргумент.
может быть написано как формула формы , где является , Предположим для противоречия, что также эквивалентно -формулу , Исправить оракулы, такой, что а также ,
поскольку , Существует такой, что , Однако, является ограниченной формулой, следовательно, оценка истинности значения использует только конечную часть оракула. Таким образом, существует конечная часть из такой, что за каждого оракула простирающийся ,
Позволять обозначить оракула, который распространяется , and agrees with where is undefined. Since and are unaffected by a finite change in the oracle, we have . By the same argument as above, there exists and a finite part of such that for every extending . We may assume that extends .
Continuing in the same fashion, we construct infinite sequences of numbers , , and finite partial oracles such that
for every oracle extending ,
for every oracle extending .
Now, let be an oracle which extends all and . Then 1 and 2 imply that and simultaneously hold, which contradicts the assumption that they are complements of each other.