Спектр предложения - Википедия - Spectrum of a sentence

В математическая логика, то спектр предложения это набор из натуральные числа встречается как размер конечная модель в котором данный приговор правда.

Определение

Позволять ψ быть приговором в логика первого порядка. В спектр из ψ это набор натуральных чисел п такая, что существует конечная модель для ψ с п элементы.

Если словарь для ψ состоит только из символов отношения, тогда ψ можно рассматривать как приговор в экзистенциальная логика второго порядка (ESOL) количественно оценивается по отношениям, по пустому словарю. А обобщенный спектр набор моделей общего предложения ESOL.

Примеры

  • Спектр формулы первого порядка

является , набор степеней простое число. Действительно, с за и за , это предложение описывает набор поля; то мощность из конечное поле это степень простого числа.

  • Спектр монадической логической формулы второго порядка это набор четное числа. В самом деле, это биекция между и , и и являются разделом вселенной. Следовательно, мощность вселенной четна.
  • Множество конечного и ко-конечного множества - это множество спектров логики первого порядка с отношением преемника.
  • Набор в конечном итоге периодических наборов - это набор спектров монадической логики второго порядка с унарной функцией. Это также набор спектров монадической логики второго порядка с функцией преемника.

Характеристики

Теорема Феджина это результат описательная теория сложности который утверждает, что набор всех свойств, выражаемых в экзистенциальных логика второго порядка это именно класс сложности НП. Это примечательно, так как это характеристика класса NP, которая не использует модель вычислений, такую ​​как Машина Тьюринга. Теорема была доказана Рональд Феджин в 1974 году (собственно, в 1973 году в докторской диссертации).

Эквивалентность машинам Тьюринга

Как следствие, Джонс и Селман показали, что множество является спектром тогда и только тогда, когда оно находится в классе сложности NEXP.[1]

Одно из направлений доказательства - показать, что для каждой формулы первого порядка , проблема определения, существует ли модель формулы мощность п эквивалентен проблема выполнения формулы полиномиального размера в п, который находится в NP (n) и, следовательно, в NEXP входных данных задачи (число п в двоичной форме, которая представляет собой строку размера log (п)).

Это делается путем замены каждого экзистенциальный квантор в с дизъюнкция над всеми элементами модели и заменяя каждый универсальный квантор с соединение по всем элементам модели. Теперь каждый предикат относится к элементам в модели, и, наконец, каждое появление предиката для определенных элементов заменяется новой пропозициональной переменной. Равенства заменяются их истинными ценностями в соответствии с их назначениями.

Например:

Для модели мощности 2 (т. Е. п= 2) заменяется на

Что затем заменяется на

куда это правда, это ложь, и , суть пропозициональные переменные. в данном конкретном случае последняя формула эквивалентна , что выполнимо.

Другое направление доказательства - показать, что для каждого набора двоичных строк, принимаемых недетерминированной машиной Тьюринга, работающей в экспоненциальном времени ( для входной длины x) существует формула первого порядка такой, что набор чисел, представленных этими двоичными строками, является спектром .

Джонс и Селман отмечают, что спектр формул первого порядка без равенства - это просто набор всех натуральных чисел, не меньших некоторой минимальной мощности.

Другие свойства

Множество спектров теории замкнуто относительно союз, пересечение, сложение и умножение. Вообще говоря, неизвестно, замыкается ли набор спектров теории дополнением; это так называемая проблема Ассера.

Смотрите также

Рекомендации

  • Феджин, Рональд (1974). "Обобщенные спектры первого порядка и распознаваемые множества за полиномиальное время" (PDF). В Карп, Ричард М. (ред.). Сложность вычислений. Proc. Syp. Приложение. Математика. SIAM-AMS Proceedings. 7. С. 27–41. Zbl  0303.68035.
  • Грэдель, Эрих; Колайтис, Phokion G .; Либкин Леонид; Маартен, Маркс; Спенсер, Джоэл; Варди, Моше Ю.; Венема, Иде; Вайнштейн, Скотт (2007). Теория конечных моделей и ее приложения. Тексты по теоретической информатике. Серия EATCS. Берлин: Springer-Verlag. Дои:10.1007/3-540-68804-8. ISBN  978-3-540-00428-8. Zbl  1133.03001.
  • Иммерман, Нил (1999). Описательная сложность. Тексты для выпускников по информатике. Нью-Йорк: Springer-Verlag. стр.113 –119. ISBN  0-387-98600-6. Zbl  0918.68031.
  • Дюран, Арно; Джонс, Нил; Марковский, Иоганн; Подробнее, Малика (2012). «Пятьдесят лет спектральной проблемы: обзор и новые результаты». Бюллетень символической логики. 18 (4): 505–553. arXiv:0907.5495. Bibcode:2009arXiv0907.5495D. Дои:10.2178 / bsl.1804020.
Специфический
  1. ^ * Джонс, Нил Д .; Селман, Алан Л. (1974). «Машины Тьюринга и спектры формул первого порядка». J. Symb. Бревно. 39 (1): 139–150. Дои:10.2307/2272354. JSTOR  2272354. Zbl  0288.02021.