
【计】 semicomputable set
half; in the middle; semi-
【计】 semi
【医】 demi-; hemi-; semi-; semis; ss
【经】 quasi
approve; but; can; may; need; yet
calculate; compute; cast; count; figure up; calculation; computation
【计】 calc; calculating; computing; tallying
【经】 calculate; calculation; computation; computing element; reckon
reckoning
collect; collection; gather; volume
【电】 set
在计算理论中,"半可计算集"(semi-computable set)是递归可枚举集(recursively enumerable set)的同义术语,指存在算法可逐步生成其所有元素的集合。这类集合的特征是:若一个元素属于该集合,则存在有限步骤内可验证的判定过程;若不属于,则可能无法停机。
数学上,集合$A subseteq mathbb{N}$是半可计算的,当且仅当存在图灵机$M$满足: $$ x in A Leftrightarrow M(x) downarrow $$ 其中$downarrow$表示停机。该定义源自Sipser《计算理论导论》第三章对递归可枚举集的等价描述。
典型例子是图灵机的接受问题:给定图灵机编码$langle M rangle$和输入$w$,判定$M$是否接受$w$的集合是半可计算但不可判定的。这一性质在停机问题不可判定性证明中起关键作用。当前研究拓展到量子计算领域,部分量子可枚举集仍保持半可计算特性。
半可计算集是计算理论中的核心概念,其定义和性质可通过以下要点解释:
基本定义
半可计算集指存在部分可计算函数( f ),使得该集合恰好是( f )的定义域。即集合( H )满足:
$$
H = { (x_1, x_2, ldots, x_n) mid f(x_1, x_2, ldots, x_n)downarrow }
$$
其中(downarrow)表示函数在该输入上有定义。
与谓词的关系
若谓词( P(mathbf{x}) )是半可计算的,则存在部分可计算函数( g ),使得( P(mathbf{x}) )为真当且仅当( g(mathbf{x})downarrow )。这表明半可计算集对应半可计算谓词的真值域。
等价描述
半可计算集也被称为递归可枚举集,即能够通过某种算法逐步枚举其元素(尽管可能无法判定某个元素是否属于该集合)。
封闭性
半可计算集在特定运算下具有封闭性,例如:
应用与意义
这类集合是研究不可判定问题的关键工具,例如停机问题的实例集合是半可计算的,但非递归(不可判定)。
半可计算集通过部分可计算函数的定义域刻画,属于递归可枚举集的范畴,其核心特征是可逐步枚举元素,但缺乏全局判定能力。
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