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发表日期: 2021-04-21 10:40:47 浏览次数:181

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固安县,隶属河北省廊坊市。地处华北平原北部,京津保三角腹地,东经116°17',北纬39°19'。东与永清县相连,西与保定的涿州市、高碑店市相邻,南与霸州市、雄安新区接壤,北隔永定河,与北京市大兴区相望。全县幅员面积696平方千米,下辖9个乡镇、1个省级园区,419个行政村,耕地65万亩,人口52万。 [1] 

固安地理位置优越。古有“天子脚下”之称,今有“京南明珠”美誉。距北京天安门50公里,距北京大兴国际机场8公里。

固安是京津冀实施“一线两厢”战略的“一线”前沿地带,也是廊坊城市建设“大三点”组团的重要支点。先后被国家有关部门授予“中国温泉之乡”、“中国花木之乡”、“中国钓具之乡”、“中国民间文化艺术之乡”、“中国矿泉水之乡”等称号。2014年,中国城市竞争力研究会18日公布了“2014中国县域成长竞争力排行榜”,廊坊市固安县跻身于50强,位居第42位,是河北唯一入围50强的县(市)。2015年,全国县域经济最具创新力十强排名,固安为河北唯一上榜的城市,位居第一。2018年11月,被科技部确定为首批创新型县(市)。 [2]  2018年12月,入选全国县域经济投资潜力100强。 [3]  2019年10月8日,入选2019年度全国投资潜力百强县市。 [4]  2019年度全国绿色发展百强县市,排名第82名。 [5]  2020中国夏季休闲百佳县市。 [6]  2020年5月,入选县城新型城镇化建设示范名单。 [7]  2021年3月,被授予 2020年河北省村庄清洁行动先进县(市、区)。


我们还希望证明系统是完备的。这样就可以证明所有由前提蕴涵的事物,即便要找到该证明是很难的。事实证明,12.10节给出的推理规则,还有12.11节的分解规则都是完备证明系统。也就是说,如果E1E2,…,EnE,则E1E2,…,EnE 也在这些证明系统中。完备的谓词逻辑证明系统是存在的,虽然我们不会介绍它们。

14.10.4 哥德尔不完备性定理

这个现代数学最引人注目的结论之一通常被看作与我们刚说过的谓词逻辑存在完备证明系统是矛盾的。事实上,这一结论并未涉及前面讨论过的谓词逻辑,而是关系到谓词逻辑的一种特殊形式,这种逻辑只谈论整数以及常见的整数运算。特别要说的是,我们必须对谓词逻辑加以修改,从而引入对应算术运算的谓词,比如

1. plus(X,Y,Z ),我们希望当且仅当X+Y=Z 时它才为真,

2. times(X,Y,Z ),只有在X×Y=Z 时为真,以及

3. less(X,Y ),只有在XY 时为真。

此外,我们需要对解释中的定义域加以限制,以使这些值都是非负整数。完成这一工作有两种方式。一种是引入由我们断言为真的表达式构成的表达式集。通过恰当地选择这些表达式,任何满足表达式的解释中的定义域都必须“看似”整数,而且像plus 或less 这样的特殊谓词必须具有和同名运算相同的行为。

示例 14.27

我们可以断言像

plus(X,Y,Z )→plus(Y,X,Z )

这样表示加法交换律的表达式,或表示<关系传递性的表达式

(less(X,Y )AND less(Y,Z ))→less(X,Z )

也许理解哥德尔的定理为谓词逻辑带来的限制有种更简单的方式,就是假设这种逻辑只允许一种模型,这种模型的定义域是非负整数,而且为这些特殊的谓词给定了与它们的约定含义对应的关系。例如,我们可以令对应谓词plus的解释为

{(a,b,c ) | a+b=c }

哥德尔的定理说的是,不管选择什么相容的证明系统,总是存在某个为真但不可证明的表达式E!更精确地讲,如果E1E2、…、En 是其模型相当于非负整数的这样一些表达式,那么有E1E2,…,EnE 为真,但E1E2,…,EnE 为假。也就是说,在我们选定的证明系统中,不可能根据{E1,E2,…,En}证明E

对选定的不同证明系统而言,不可证明的表达式E 可能是不同的。事实上,所选的表达式E可被视作把该表达式本身在给定证明系统中不可证明这一事实编码为整数的一种方法。

14.10.5 计算机能完成的工作的限制

哥德尔的理论表明我们回答与数学相关的问题的能力是有限的。如果拥有像整数这样复杂的数学模型,以及我们在本书中已经见识过的,比整数还要复杂得多的数学模型,就不存在将真命题与假命题区分开的机械方式。我们能做到的最多也就是利用某种相容的证明系统以便可以寻找证明。如果找到一种,就算是非常幸运了,而且可以确定被证明的命题为真。不过,这种找寻可能一直继续下去,而永远都找不到证明,即便该命题为真。也就是说,我们定义手头的数学模型时所做的假设蕴涵了该命题。

从哲学的角度讲,这种情况说明了数学永远会是充满乐趣和挑战的。从实践的角度讲,它表明用计算机可以完成的任务是有限的。特别要指出的是,虽然可以编写程序在简单的系统(比如命题逻辑或不含任何特殊谓词或限制的谓词逻辑)中寻找证明,但没法为足够复杂的系统完成这一工作。大家应该看看下文附注栏内容“不可判定性”,这里讨论了一个与哥德尔不完备性定理有关的定理。不可判定性的理论让我们可以指出一些可证明计算机无法解决的具体问题。

不可判定性

逻辑学家阿兰·图灵(Alan Turing)在20世纪30年代就创立了正式的计算理论,这要比根据他的理论构造的电子计算机早出现很久。这一理论最重要的结果就是发现某些问题是不可判定的(undecidable),无论什么计算机都不能解答这些问题。

该理论最重要的特征是图灵机(Turing machine),一种由有限自动机和被分成无限个方格的纸带组成的抽象计算机。在一次移动中,图灵机可以读它的读写头(tape head)看到的那个方格中所含的字符,并根据这个字符以及图灵机的当前状态,用另一个字符代替该字符,改变图灵机的状态,并将读写头左移或右移一格。很明显,所有真实的计算机,以及其他那些研究计算机应该是怎样的数学模型,都刚好能计算图灵机可以计算的内容。因此可以把图灵机当作计算机的标准抽象模型。

不过,我们不必详细了解图灵机是怎样给图灵的理论增色的。只要拿它作为计算机模型,那种读字符输入并且只有两种可能的写语句printf("yes ")printf("no ")的C语言程序,就足够了。此外,在产生任一种输出后,该程序必须终止,这样它才不会随后产生矛盾的输出。要理解,这类程序在接受某些输入后可能既不能回应“yes”也不会回应“no”,而是在循环中一直循环下去。

我们将要证明,不存在像图14-10a所示的“判定器”程序D 这样的程序。假设D 接受上述特殊类型的程序P 作为输入,在给定P 本身作为P 的输入时,若P 说“yes”,则D 说“yes”。而在给定P 作为P 的输入时,若P 说“no”或者P 没法进行任何判定,则D 说“no”。正如我们将要看到的,正是这一要求使得D 可以算出什么时候P 从不会作出使得D 无法写的判定。

不过,假设这样的D 存在,要编写如图14-10b所示“求补器”程序C 就是个简单问题了。C 是根据假设的D,通过把所有打印“no”的语句变成打印“yes”的语句,并把打印“yes”的语句变成打印“no”的语句而形成的程序。

现在可以询问,如图14-10c所示,在把C 本身提供给C 作为输入时,会发生什么?如果C 说“yes”,那么按照图14-10b表示的,C 会断言“C 针对输入C 不会说‘yes’”。如果C 说“no”,那么C 会断言“C 针对输入C 会说‘yes’”。现在就有了类似罗素悖论的矛盾,其中C 没法真实地说出“yes”和“no”。

结论就是,这样的判定器程序D 其实是不存在的。也就是说,D 可以解决的问题,也就是在给定其自身作为输入时类型限制为说“yes”或没法说“yes”(通过说“no”或什么都不说)的C语言程序,是不能由计算机解决的。它是个不可判定的问题。

自图灵最初的结果起,现已发现种类繁多的不可判定问题。例如,某给定输入是否会让给定的C语言程序进入无限循环,或两个C语言程序在接受相同输入时是否会产生相同的输出,都是不可判定的。

图 14-10 图灵构造的一部分

因此,本书并不是要以负面的声音收尾,而是要用不可判定性这一理论提醒我们,和数学一样,计算机科学也注定是挑战最优秀人才的。深入研究这一学科的学生还将了解到避免这种不可判定(而且难以驾驭)的情况所需要的科学与艺术。这些学生之后可能会加入到推进计算机发展的科学家和工程师的队伍之中。

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