
【计】 pairing function
conjugate
【计】 pairing
function
【计】 F; FUNC; function
配对函数(Pairing Function)是一种数学工具,可将两个自然数唯一且可逆地映射为一个自然数。这一概念在计算机科学、集合论和编码理论中具有重要应用。以下从汉英词典角度解析其核心定义与特性:
基本定义
配对函数在中文中译为"配对函数",英文对应"Pairing Function",其数学形式通常为双射函数(Bijection)。例如康托尔配对函数(Cantor Pairing Function)的表达式为:
$$
pi(k_1, k_2) = frac{1}{2}(k_1 + k_2)(k_1 + k_2 + 1) + k_2
$$
该公式可将任意两个自然数$k_1$和$k_2$映射为唯一整数。
关键特性
应用领域
在计算机科学中,该函数被用于哈希算法设计、哥德尔数编码等场景。例如在递归理论中,哥德尔数利用配对函数对公式进行唯一编码。
变体类型
除康托尔函数外,还存在:
权威参考
《数学原理》(Principia Mathematica)对双射函数有系统论述,国际数学联盟(IMU)将配对函数列为离散数学基础工具。
配对函数(Pairing Function)是数学和计算机科学中一类特殊的函数,其主要作用是将两个自然数唯一且可逆地映射到一个自然数。这种函数常用于编码、数据压缩或证明集合的可数性等场景。
基本形式
配对函数通常表示为 $pi: mathbb{N} times mathbb{N} rightarrow mathbb{N}$,将两个自然数 $n$ 和 $k$ 映射为唯一的自然数 $pi(n, k)$,且满足:
经典示例:康托尔配对函数
最常见的是康托尔配对函数,公式为:
$$
pi(n, k) = frac{(n + k)(n + k + 1)}{2} + k
$$
其逆函数可通过解二次方程恢复原始 $(n, k)$。
可数性证明
证明自然数对 $mathbb{N} times mathbb{N}$ 与自然数集 $mathbb{N}$ 等势(即存在双射),从而说明有理数集等也是可数的。
数据编码
在计算机中,将多维数据(如坐标、矩阵索引)压缩为单一整数存储或传输,例如数据库索引优化。
理论计算机科学
用于哥德尔数(Gödel numbering)中,将程序或公式编码为唯一自然数,便于形式化证明。
以康托尔函数 $pi(n, k)=5$ 为例:
配对函数的核心价值在于其无损压缩和双向可逆性,为处理多维数据提供了数学基础。
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