Характеристика перечислимых множеств через вычислимые функции

Определение

Определение:

Множество [math]X[/math] называется перечислимым, если выполняется хотя бы одно из условий: существует программа, перечисляющая все элементы [math]X[/math] в произвольном порядке; [math]X[/math] является областью определения вычиcлимой функции [math]f[/math]; [math]X[/math] является областью значений вычиcлимой функции [math]f[/math]; функция [math]f_X(x) = \begin{cases} 1, & x \in X \\ \bot, & x \notin X \end{cases}[/math] — вычислима.

Эквивалентность определений

Теорема:

Определения 1, 2, 3, 4 эквивалентны.

Доказательство:

[math]\triangleright[/math]

1 [math]\Rightarrow[/math] 4. Пусть [math]p[/math] — программа, перечисляющая [math]X[/math]. Приведём программу [math]q[/math], вычисляющую функцию [math]f_X(x)[/math]: [math]q(x):[/math] for [math]k = 1 \ .. \ \infty[/math] if [math] p(k) == x [/math] return 1 2 [math]\Rightarrow[/math] 1. Пусть [math]X[/math] — область определения вычислимой функции [math]f[/math], вычисляемой программой [math]p[/math]. Тогда [math]X[/math] перечисляется такой программой: [math]q():[/math] for [math] TL = 1 \ .. \ \infty [/math] for [math] k = 1 \ ..\ TL[/math] if [math]p(k)|_{TL} \neq \bot [/math] print [math]k[/math] 3 [math]\Rightarrow[/math] 1. Пусть [math]X[/math] — область значений вычислимой функции [math]f[/math], вычисляемой программой [math]p[/math]. Тогда [math]X[/math] перечисляется такой программой: [math]q():[/math] for [math] TL = 1 \ .. \ \infty [/math] for [math] k = 1 \ ..\ TL[/math] if [math]p(k)|_{TL} \neq \bot [/math] print [math]p(k)|_{TL}[/math] 4 [math]\Rightarrow[/math] 2, 4 [math]\Rightarrow[/math] 3. Пусть дана [math]f_X(x)[/math]. Введём новую функцию [math]g(x) = x[/math], если [math]f_X(x) \neq \bot[/math]. Очевидно, что она вычислима и что её область определения и область значений совпадают с [math]X[/math].

[math]\triangleleft[/math]

Литература

• Н. К. Верещагин, А. Шень. Лекции по математической логике и теории алгоритмов. Часть 3. Вычислимые функции. — М.: МЦНМО, 1999. С. 134. ISBN 5-900916-36-7