正文 第九章 邏輯學、數學與計算機科學中的有窮與無窮問題(1 / 3)

一、引言

有窮與無窮問題在邏輯與數學帶有根本性質,在計算機科學中也是主要問題。在計算機科學看來耍在“仟意人的有窮”和“可行的有窮”之間。

數學中的經典數學是采用非直謂主義的觀點的,直覺主義數學則是采用直謂主義觀點。“有窮主義”是數學基礎中的學派提出的,主張在數學基礎中,不能允許假定有無窮的步驟。至於直謂主義則是本世紀五十年代以來,集合論中的一個流派。

二、經典數學與構造主義數學

構造主義數學(亦稱“直覺主義數學”)產生於本世紀初年。19世紀70年代以無窮集合為研究對象的集合論產生以後,有些重要的數學家對這種新數學是表示懷疑的,反對得特別厲害。到了上一個世紀末,集合論已為大多數數學家所接受。但本世紀初,集合論中發現了“悖論”,於是出現了危機。最有名的“悖論”是英國邏輯學家和哲學家在1902年發現的。這一“悖論”後來被稱作“悖論”。這一“悖論”是說:就一個包括一切不包括自身作為元素集合的集合而言,這個集合根據定義既不能不包含自身,又不能包含自身。

為了避免這一類“棒論”,提出了“排除惡性循環的法則”,根據這一法則,一個集合不能包含它本身作為元素,這樣,悖論就可以避免,荷蘭數學家提出了另一種避免“悖論”的方案,這就是直覺主義。這種觀點認為數學產生於人的直覺(這就是“直覺主義”名稱的由來),和不承認實無窮的存在,因而認為邏輯中的《排中律》隻對於有窮集合有效。直覺主義主要有兩個觀點,即數學產生於直覺,數學的構造性。後來的構造主義隻強調後者。近年來有些計算機科學家認為構造主義對計算機科學有用,特別是對程序自一個集合定義稱作非直謂的,如果定義中包含有這個集合所屬的類,否則稱作直謂的。動生成可能有。這一問題我們介下麵還要談判。

考慮長的不可概觀的邏輯證明,隻是說明這一技巧(這是由幾何學的證明產生的技巧可能失敗,因而新的技巧是必須的。

“證明必須是可概觀的,這就是說我們必須注意重複一個證明和重複一個實驗之間的區別。重複一個證明的意思不是重現產生一個特定結果的條件,而是重複每一步和那個結果。雖然這說明證明必須是能夠完全地自動地加以重現的,這種重現必須包含有證明的力量,這種力量迫使人們必須承認這一結果”。

所說的計算與證明的“可概觀性”是和我們在計算機科學中所討論的“可行性”是非常相近的。

目前在計算機科學中我們暫時接受了叩-論題,認為一項計算是可行的,當且僅當它是在計算機上多項式時間內可計算的:所說的“多項式時間內可計算”是指,一項計算相對於輸入長度而言的計算時間(即計算步數)的增長率是多項式的。

近年來有些有關的研究工作者對這一論題提出懷疑意見。他們認為對這個論題是能夠提出反證的,因為在直觀上,如果有關的多項式次數較高(比如說父),很難說這種計算是可行的。

此外,近幾年已發現:通常按“最壞情形”計算複雜未必合理。因為有人作過實驗。就線性規劃的解題算法而言,在“最壞情形”時單純形法的複雜性為指數的,“橢球算法”(即蘇聯哈赤揚在1979年時提出的算法)的複雜性為多項式的。而就一個有3000個未知數的實例而言,在一台每秒能執行三百萬條指令的計算機上,前者需要的計算時間為30分鍾而後者估計為上千萬年這是因為單純形法的複雜性就“平均情形”而言是的多項式。因之現在有些學者認為應該考慮平均情形的複雜性。

還有,關於複雜性的函數般是以輸人長度為變量的。但近幾年已發現,算法的複雜性可以有最近有人證明:就哈亦揚法的複雜性而言,如果以輸入長度為變量,它的複雜件函數楚多項式的,如果自然參數等式數為變覺則它的複雜性函數是指數的。而最近還有人證明:就線性規劃而言,如果維數是固定的,則存在著線性算法規劃是線性的。

計算機科學中的形式概念及與其相對應的直觀概念

邏輯中的“形式刻畫”

此後,各種各樣的形式化邏輯理論相繼問世,其中也包括直覺主義邏輯的形式化理論。所謂直覺主義邏輯指的是這樣一種邏輯,它主張對無窮集合使用排中律是無效的,因而用反證法做出的證明也是無效的。這種邏輯也稱為構造性邏輯,它對計算機科學有用。