可计算性理论

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出版者:科学出版社
作者:莫绍揆
出品人:
页数:335
译者:
出版时间:1987年12月
价格:3.05元
装帧:32开平装
isbn号码:9787030000613
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机
  • 数学
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具体描述

本书包括数理逻辑的递归论和形式语言论两部分内容. 一至八章为递归论部分,详尽地研究了初等函数、原始递归函数、递归函数及给类算子,充分地讨论了Turing机与Turing可计算性概念. 九、十两章为形式语言论部分,系统地介绍了各种形式语言及相应的语言识别器——各类自动机. 作为递归论内容的深入,本书还概要地介绍了递归集、递归枚举集及递归度的概念;作为上述两部分内容的应用,第十一章还讨论了判定问题.

《可计算性理论》是一本深入探讨计算本质的学术著作。本书并非聚焦于特定的编程语言或具体的计算模型,而是着眼于更宏观、更基础的层面,解析“什么可以被计算”、“计算的界限在哪里”以及“如何描述和理解计算过程”等核心问题。 本书的核心在于其对“可计算性”这一概念的严谨定义和深入剖析。作者将从几个关键的数学和逻辑基石出发,如图灵机模型,详尽阐述其工作原理、计算能力以及与其他计算模型的等价性。通过对图灵机的细致建模,读者将能够理解一个抽象的计算装置是如何能够模拟一切可计算函数的。此外,本书还将介绍lambda演算、递归函数等其他重要的计算模型,并通过清晰的证明展示它们在表达力和计算能力上与图灵机的等价性,这构成了丘奇-图灵论题的坚实基础,即所有直观上可计算的函数都可以被这些模型所计算。 在建立起可计算性的理论框架后,本书将转向探讨计算的界限——不可计算性。读者将接触到一系列著名的不可计算问题,例如停机问题。本书将通过详细的证明,揭示为何某些问题从根本上无法通过算法来解决,即使拥有无限的时间和资源。对不可计算性的理解,不仅深化了我们对计算能力的认识,也对软件开发和算法设计有着重要的指导意义,它告诉我们某些问题即使付出极大的努力也无法找到一个通用的解决方案。 本书还将深入探讨可计算性理论中的一些高级主题,例如递归论。递归论研究的是可计算函数集合的结构,特别是那些带有某些特定递归性质的函数。我们将探讨哥德尔不完备定理等具有深远影响的理论成果,这些成果揭示了形式系统内在的局限性。此外,书中还会涉及计算复杂度理论的入门概念,例如P类和NP类问题,虽然本书的重点不在于分析计算的效率,但了解问题是否可解决与问题解决起来有多“困难”之间的联系,是理解计算科学整体的重要一步。 《可计算性理论》特别注重逻辑推理和数学证明的严谨性。每一项论断都伴随着清晰、逐步的推导过程,旨在帮助读者建立起扎实的理论基础。本书的语言风格严谨而不失清晰,力求将复杂的概念以最易于理解的方式呈现。本书的章节安排循序渐进,从最基础的模型引入,逐步深入到更复杂的理论和证明,确保读者能够逐步掌握每一个知识点。 总而言之,《可计算性理论》是一本面向对计算的底层原理和理论极限感兴趣的读者。它为理解算法、程序设计的理论基础,以及计算机科学中的一些根本性问题提供了不可或缺的视角。通过学习本书,读者将能够更深刻地理解计算的本质,认识到其潜力和局限,并为进一步深入研究计算机科学的其他分支打下坚实的基础。本书对于任何希望超越表面代码,探索计算世界深层奥秘的人来说,都是一本必不可少的参考。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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本书在关于“不可计算性”的探讨上,给我留下了深刻的印象。作者并非仅仅满足于证明停机问题是不可计算的,而是进一步引申出了很多其他不可计算问题的例子,比如“饱和度问题”、“一阶逻辑可满足性问题”等等。这些例子在形式上可能各不相同,但它们的核心都指向了计算能力的根本限制。我特别喜欢书中通过各种巧妙的归约(reduction)手法来证明一个问题是不可计算的。这种“将已知不可计算的问题转化为新问题”的思路,非常有启发性。它让我认识到,很多看似不同性质的问题,在计算能力的层面上,可能有着共同的“难度”。这种“归约”的思维方式,不仅仅是一种证明技巧,更是一种解决问题的强大思想武器。

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整本书读下来,我最大的感受是,它不仅仅是一本关于计算的理论书籍,更是一次关于“可能性”与“局限性”的哲学探索。从图灵机的抽象模型,到哥德尔不完备定理的深远影响,再到NP-完全问题的理论挑战,书中不断地触及计算能力的边界,以及我们对于“解决”和“理解”的认知极限。我开始意识到,很多看似遥不可及的理论概念,其实都与我们正在使用的技术息息相关。这本书为我打开了一个新的视角,让我对计算机科学有了更深层次的理解,也对未来科技的发展充满了更多元的思考。

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书中对“判定类”和“复杂度类”的介绍,虽然篇幅不长,但其意义深远。通过引入P类、NP类等概念,作者为我们提供了一个理解算法效率的框架。我特别关注P=NP问题的讨论,以及其对计算机科学和整个社会可能带来的影响。书中并没有给出明确的答案,而是以开放性的姿态,引导读者思考。我从书中感受到,这是一个悬而未决的重大问题,它的解决将可能彻底改变我们解决许多计算问题的能力。这种对前沿问题的探讨,让我对接下来的计算机科学研究充满了期待。

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书中关于哥德尔不完备定理的内容,对我来说,是最具哲学意味的部分。虽然哥德尔定理主要是在数理逻辑领域,但它与可计算性理论有着深刻的联系。作者阐述了哥德尔定理的核心思想:任何一个足够强大的形式系统,都必然存在一些真命题,这些真命题在这个系统内部是无法被证明的。我一开始对这个结论感到难以置信,总觉得人类的逻辑和推理能力应该是无所不能的。然而,通过书中对定理证明思路的简要介绍,以及对“形式系统”和“证明”的精确定义,我逐渐理解了其精髓。这个定理不仅对数学的哲学基础产生了巨大冲击,也引发了我对于“知识的边界”以及“机器能否拥有真正意义上的创造力”的深刻思考。

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本书在算法复杂性理论的引入部分,我认为是非常有价值的。虽然书名是《可计算性理论》,但关于“哪些可计算的问题是‘难’的”,这部分内容也占有相当的比重。作者并没有直接跳到NP-完全等复杂概念,而是从“计算的效率”这一更直观的角度切入。他阐述了时间复杂度和空间复杂度等基本概念,并通过一些简单的例子,比如冒泡排序和快速排序,来对比它们的渐进增长率。我能感受到,作者是在为后续更高级的复杂性理论打下基础,让读者理解,即使一个问题是可计算的,但如果解决它需要指数级的时间,那么它在实际应用中可能就是不可行的。这种对“效率”的关注,让我意识到,理论的严谨性背后,也隐藏着对实际工程问题的考量。

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这本书的名字叫做《可计算性理论》,单看书名,就已经让人脑海里勾勒出一幅严谨而又充满挑战的学术图景。我一开始抱着一种既好奇又有些忐忑的心情翻开了它,就像踏入一片未知的领域,不知道会遇到怎样的风景。第一章的开篇,作者并没有直接抛出那些令人望而生畏的定义和定理,而是巧妙地从一些直观的问题入手,比如“什么是一个算法?”、“机器能不能思考?”、“有哪些问题是无论如何也无法通过计算解决的?”。这些问题看似简单,却直击核心,仿佛是一束光,照亮了可计算性理论的诞生背景和其存在的根本意义。我能感受到作者在试图拉近读者与这个相对抽象领域的距离,用一种引导性的方式,让读者逐渐理解为什么我们需要研究“什么可以计算,什么不可以计算”。这种铺垫非常重要,它给了我一个缓冲,也让我意识到,这本书并非只是冰冷的数学符号堆砌,而是蕴含着对计算本质的深刻哲学思考。

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随着阅读的深入,书中关于图灵机的概念引入,无疑是整个知识体系中的一个重要基石。作者花了相当大的篇幅来详细阐述图灵机的构造、工作原理以及其计算能力。我反复琢磨那些关于状态、符号、转移函数的细节,试图在脑海中构建一个运作的图灵机模型。不得不说,一开始确实有些抽象,尤其是当涉及到无限长的纸带这个设定时,我脑海中闪过一丝疑问:这是否过于理想化?但作者接着解释了这是为了捕捉计算过程中不受限制的资源消耗,从而聚焦于计算本身的可能性。然后,引出了邱奇-图灵论题,将图灵机定义为一种普适的计算模型,它与lambda演算等其他计算模型在计算能力上是等价的。这个论题虽然是个猜想,但它在理论计算机科学领域的重要性不言而喻,它为我们理解“可计算”这个概念提供了一个强大的理论支撑。书中对这个论题的讨论,并没有止步于简单的陈述,而是探讨了其历史渊源和哲学意义,让我开始思考,我们日常使用的计算机,其计算能力是否真的已经达到了图灵机的上限?

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在书中关于“递归函数”和“λ演算”的介绍部分,虽然这些数学工具相对抽象,但作者的讲解让我逐渐领略到它们在描述计算过程中的强大能力。递归函数,特别是偏递归函数,被证明与图灵机具有相同的计算能力,这让我看到了另一种形式化计算模型。而λ演算,更是以函数为核心,通过简单的规则进行计算,这种纯粹的函数式计算模型,让我对“计算”的本质有了更深的理解。书中对这两种模型的详细阐述,以及它们之间的等价性证明,让我认识到,在理论层面,描述计算的方式可以有很多种,但它们所能达到的计算能力是相同的。这给我一种“殊途同归”的感觉,更加坚定了邱奇-图灵论题的普适性。

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书中对于“可判定性”和“可枚举性”的区分,是我在这本书中学习到的一个非常关键的区分点。作者通过“停机问题”这个经典的例子,生动地阐释了什么是不可判定问题。停机问题,简单来说,就是对于任意一个程序和任意一个输入,能否判断出这个程序是否会在有限时间内停止运行。作者通过反证法,逻辑严谨地证明了停机问题是不可判定的。这个证明过程,初读时让我感到一丝震撼,仿佛看到了逻辑的力量如何揭示了计算的边界。随后的讨论,将这个概念推广到更一般的判定问题,并引入了递归可枚举集的概念,用来描述那些“可以被枚举”但未必“可以被判定”的集合。我对这种“可以部分知道”和“完全知道”之间的差异有了更深的理解,这不仅仅是理论上的区分,更可能在实际的算法设计中产生深远的影响。

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本书对于“不可判定性”和“不可枚举性”的深入探讨,让我开始思考现实世界中的一些问题。例如,在软件开发中,我们是否会遇到一些问题,无论算法设计得多精妙,都无法通过自动化的方式完全解决?书中通过一系列的例子,将理论的边界映射到了实际应用的可能性。我理解到,有些问题的根本复杂性,并非是由于我们目前的计算能力不足,而是它本身就存在着无法逾越的计算障碍。这种认知,虽然带有一丝“无力感”,但更重要的是,它让我能够更理性地评估问题的可行性,并避免在不可能的任务上浪费过多的时间和精力。

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