
【計】 pairing function
conjugate
【計】 pairing
function
【計】 F; FUNC; function
配對函數(Pairing Function)是一種數學工具,可将兩個自然數唯一且可逆地映射為一個自然數。這一概念在計算機科學、集合論和編碼理論中具有重要應用。以下從漢英詞典角度解析其核心定義與特性:
基本定義
配對函數在中文中譯為"配對函數",英文對應"Pairing Function",其數學形式通常為雙射函數(Bijection)。例如康托爾配對函數(Cantor Pairing Function)的表達式為:
$$
pi(k_1, k_2) = frac{1}{2}(k_1 + k_2)(k_1 + k_2 + 1) + k_2
$$
該公式可将任意兩個自然數$k_1$和$k_2$映射為唯一整數。
關鍵特性
應用領域
在計算機科學中,該函數被用于哈希算法設計、哥德爾數編碼等場景。例如在遞歸理論中,哥德爾數利用配對函數對公式進行唯一編碼。
變體類型
除康托爾函數外,還存在:
權威參考
《數學原理》(Principia Mathematica)對雙射函數有系統論述,國際數學聯盟(IMU)将配對函數列為離散數學基礎工具。
配對函數(Pairing Function)是數學和計算機科學中一類特殊的函數,其主要作用是将兩個自然數唯一且可逆地映射到一個自然數。這種函數常用于編碼、數據壓縮或證明集合的可數性等場景。
基本形式
配對函數通常表示為 $pi: mathbb{N} times mathbb{N} rightarrow mathbb{N}$,将兩個自然數 $n$ 和 $k$ 映射為唯一的自然數 $pi(n, k)$,且滿足:
經典示例:康托爾配對函數
最常見的是康托爾配對函數,公式為:
$$
pi(n, k) = frac{(n + k)(n + k + 1)}{2} + k
$$
其逆函數可通過解二次方程恢複原始 $(n, k)$。
可數性證明
證明自然數對 $mathbb{N} times mathbb{N}$ 與自然數集 $mathbb{N}$ 等勢(即存在雙射),從而說明有理數集等也是可數的。
數據編碼
在計算機中,将多維數據(如坐标、矩陣索引)壓縮為單一整數存儲或傳輸,例如數據庫索引優化。
理論計算機科學
用于哥德爾數(Gödel numbering)中,将程式或公式編碼為唯一自然數,便于形式化證明。
以康托爾函數 $pi(n, k)=5$ 為例:
配對函數的核心價值在于其無損壓縮和雙向可逆性,為處理多維數據提供了數學基礎。
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