Быстрорастущая иерархия

Материал из testwiki
Перейти к навигации Перейти к поиску

Быстрорастущая иерархия (также называемая расширенной иерархией Гржегорчика) — это семейство быстрорастущих функций, индексированных ординалами. Наиболее известным частным случаем быстрорастущей иерархии является иерархия Лёба-Вайнера.

Определение

Быстрорастущая иерархия определяется следующими правилами:

  1. f0(n)=n+1 (в общем случае f0(n) может быть любой растущей функцией),
  2. fα+1(n)=fαn(n)=fα(fα(⋯(fα(fα(⏟n разn))⋯)),
  3. fα(n)=fα[n](n) если α предельный ординал,
    • где α[n] является n-м элементом фундаментальной последовательности, установленной для некого предельного ординала α.
    • Существуют различные версии быстрорастущей иерархии, однако наиболее известной является иерархия Лёба-Вайнера, в которой фундаментальные последовательности для предельных ординалов, записанных в нормальной форме Кантора, определяются следующими правилами:
  4. ω[n]=n,
  5. (ωα1+ωα2+⋯+ωαk−1+ωαk)[n]=ωα1+ωα2+⋯+ωαk−1+ωαk[n]
    • для α1≥α2≥⋯≥αk,
  6. ωα+1[n]=ωαn,
  7. ωα[n]=ωα[n] если α предельный ординал,
  8. ε0[0]=0 и ε0[n+1]=ωε0[n]=ω↑↑n.

Фундаментальные последовательности для предельных ординалов свыше ε0 приведены в статьях о функциях Веблена и функциях Бухгольца.

Примеры

f1(n)=f0n(n)=f0(f0(⋯(f0(f0(⏟nf0n))⋯))=2×n,

f2(n)=f1n(n)=f1(f1(⋯(f1(f1(⏟nf1n))⋯))=2n×n.

Для функций, индексированных конечными ординалами α>1 верно

fm(n)>2↑m−1n.

В частности, при n=10:

f3(10)=f210(10)≈101010⋯10103.489⏟10десяток≈10↑↑11,

f4(10)=f310(10)≈101010⋯10103.489⏟101010⋯10103.489⏟⋮⏟101010⋯10103.489⏟10десяток}10 нижних фигурных скобок≈10↑↑↑11,

fm(10)≈10↑m−111.

Таким образом, уже первый трансфинитный ординал ω соответствует пределу стрелочной нотации Кнута.

Знаменитое число Грэма меньше, чем fω+1(64).

Благодаря простоте и ясности определения быстрорастущая иерархия применяется для анализа различных нотаций для записи больших чисел.

нотация Кнута нотация Конвея нотация Бауэрса
предел нотации ω ω2 ωω
примеры fω(10)≈10↑911=10↑↑↑↑↑↑↑↑↑11 fω2(n)≈n→n→n⋯→n⏟n+1→ fωω(n)≈{n,n,n,⋯,n,n}⏟n+2n′s
fω+1(10)≈10↑↑⋯↑↑11⏟10↑↑⋯↑↑11⏟⋮⏟10↑↑⋯↑↑11⏟9 стрелок}10 fω2+1(n)≈n→n→⋯n→n⏟n→n→⋯n→n⏟⋮⏟n→n→⋯n→n⏟n+1 стрелка}n fωω+1(n)≈{n,n,n,⋯,n,n}⏟{n,n,n,⋯,n,n}⏟⋮⏟{n,n,n,⋯,n,n}⏟n+2 n's}n

Данная выше дефиниция определяет быстрорастущую иерархию до ε0=ω↑↑n. Для дальнейшего роста можно использовать функцию Веблена и другие, ещё более мощные нотации для ординалов[1].

Шаблон:Translate Шаблон:Начало скрытого блока

  • f0(n)=n+1
  • f1(n)=2n
  • f2(n)=2nn
  • f3(n)>2↑↑n (см. Стрелочная нотация Кнута)
  • f4(n)>2↑↑↑n
  • fm(n)>2↑m−1n
  • fω(n)>2↑n−1n={n,n,n−1} (см. Массивная нотация Бауэрса)
  • fω+1(n)={n,n,1,2}≈G(n) (см. Число Грэма)
  • fω+2(n)={n,n,2,2}
  • fω+m(n)={n,n,m,2}
  • fω2(n)={n,n,n,2}
  • fω2+1(n)={n,n,1,3}
  • fω3(n)={n,n,n,3}
  • fωm(n)={n,n,n,m}
  • fωm+k(n)={n,n,k,m+1}
  • fω2(n)={n,n,n,n}
  • fω3(n)={n,n,n,n,n}
  • fωm(n)={n,n,n,...,n} (m раз)
  • fωω(n)={n,n,n,...,n} (n раз) ={n,n(1)2}
  • fωω+1(n)={n,n(1)1,2}
  • fωω+2(n)={n,n(1)1,1,2}
  • fωω2(n)={n,n(1)1(1)2}
  • fωω2+1(n)={n,n(1)1(1)1,2}
  • fωω3(n)={n,n(1)1(1)1(1)2}
  • fωω2(n)={n,n(2)2}
  • fωω3(n)={n,n(3)2}
  • fωωm(n)={n,n(m)2}
  • fωωω(n)={n,n[1,2]2} (см. Bird's Array Notation)
  • fωωω2(n)={n,n[1,1,2]2}
  • fωωωω(n)={n,n[1[2]2]2}
  • fϵ0(n)={n,n[1∖2]2}
  • fωωϵ0+1(n)={n,n[1[1∖2]2∖2]2}
  • fωωωϵ0+1(n)={n,n[1[1[1∖2]2∖2]2∖2]2}
  • fϵ1(n)={n,n[1∖3]2}
  • fϵ2(n)={n,n[1∖4]2}
  • fϵω(n)={n,n[1∖1,2]2}
  • fϵωω(n)={n,n[1∖1[2]2]2}
  • fϵϵ0(n)={n,n[1∖1[1∖2]2]2}
  • fϵϵϵ0(n)={n,n[1∖1[1∖1[1∖2]2]2]2}
  • fζ0(n)={n,n[1∖1∖2]2}
  • fϵζ0+1(n)={n,n[1∖2∖2]2}
  • fϵζ0+ω(n)={n,n[1∖1,2∖2]2}
  • fϵζ0+ϵ0(n)={n,n[1∖1[1∖2]2∖2]2}
  • fϵζ02(n)={n,n[1∖1[1∖1∖2]2∖2]2}
  • fϵϵζ0+1(n)={n,n[1∖1[1∖2∖2]2∖2]2}
  • fζ1(n)={n,n[1∖1∖3]2}
  • fζω(n)={n,n[1∖1∖1,2]2}
  • fζϵ0(n)={n,n[1∖1∖1[1∖2]2]2}
  • fζζ0(n)={n,n[1∖1∖1[1∖1∖2]2]2}
  • fη0(n)={n,n[1∖1∖1∖2]2}
  • fφ(4,0)(n)={n,n[1∖1∖1∖1∖2]2}
  • fφ(m,0)(n)={n,n[1∖1∖1⋯1∖2]2} (m обратных слэшей)
  • fφ(ω,0)(n)={n,n[1[2¬2]2]2}
  • fϵφ(ω,0)+1(n)={n,n[1∖2[2¬2]2]2}
  • fζφ(ω,0)+1(n)={n,n[1∖1∖2[2¬2]2]2}
  • fηφ(ω,0)+1(n)={n,n[1∖1∖1∖2[2¬2]2]2}
  • fφ(ω,1)(n)={n,n[1[2¬2]3]2}
  • fφ(ω,2)(n)={n,n[1[2¬2]4]2}
  • fφ(ω,ω)(n)={n,n[1[2¬2]1,2]2}
  • fφ(ω,ϵ0)(n)={n,n[1[2¬2]1[1∖2]2]2}
  • fφ(ω,ζ0)(n)={n,n[1[2¬2]1[1∖1∖2]2]2}
  • fφ(ω,φ(ω,0))(n)={n,n[1[2¬2]1[1[2¬2]2]2]2}
  • fφ(ω,φ(ω,φ(ω,0)))(n)={n,n[1[2¬2]1[1[2¬2]1[1[2¬2]2]2]2]2}
  • fφ(ω+1,0)(n)={n,n[1[2¬2]1∖2]2}
  • fφ(ω+2,0)(n)={n,n[1[2¬2]1∖1∖2]2}
  • fφ(ω2,0)(n)={n,n[1[2¬2]1[2¬2]2]2}
  • fφ(ω2,0)(n)={n,n[1[3¬2]2]2}
  • fφ(ω3,0)(n)={n,n[1[4¬2]2]2}
  • fφ(ωω,0)(n)={n,n[1[1,2¬2]2]2}
  • fφ(ωωω,0)(n)={n,n[1[1[2]2¬2]2]2}
  • fφ(ϵ0,0)(n)={n,n[1[1[1∖2]2¬2]2]2}
  • fΓ0(n)={n,n[1[1∖2¬2]2]2}
  • fΓ1(n)={n,n[1[1∖2¬2]3]2}
  • fΓΓ0(n)={n,n[1[1∖2¬2]1[1[1∖2¬2]2]2]2}
  • fφ(1,1,0)(n)={n,n[1[1∖2¬2]1∖2]2}
  • fφ(1,2,0)(n)={n,n[1[1∖2¬2]1∖1∖2]2}
  • fφ(2,0,0)(n)={n,n[1[1∖2¬2]1[1∖2¬2]2]2}
  • fφ(ω,0,0)(n)={n,n[1[2∖2¬2]2]2}
  • fφ(Γ0,0,0)(n)={n,n[1[1[1[1∖2¬2]2]2∖2¬2]2]2}
  • fφ(1,0,0,0)(n)={n,n[1[1∖3¬2]2]2}
  • fφ(1,0,0,0,0)(n)={n,n[1[1∖4¬2]2]2}
  • fψ(ΩΩω)(n)={n,n[1[1∖1,2¬2]2]2}≈TREE(n) (см. TREE(3))
  • fψ(ΩΩψ(ΩΩ))(n)={n,n[1[1∖1[1[1∖2¬2]2]2¬2]2]2}
  • fψ(ΩΩΩ)(n)={n,n[1[1∖1∖2¬2]2]2}
  • fψ(ΩΩΩ2)(n)={n,n[1[1∖1∖1∖2¬2]2]2}
  • fψ(ΩΩΩω)(n)={n,n[1[1[2¬2]2¬2]2]2}
  • fψ(ΩΩΩψ(ΩΩΩ))(n)={n,n[1[1[1[1[1∖1∖2¬2]2]2¬2]2¬2]2]2}
  • fψ(ΩΩΩΩ)(n)={n,n[1[1[1∖2¬2]2¬2]2]2}
  • fψ(Ω2)(n)={n,n[1[1¬3]2]2}
  • fψ(Ω2+1)(n)={n,n[1∖2[1¬3]2]2}
  • fψ(Ω2+ω)(n)={n,n[1∖1,2[1¬3]2]2}
  • fψ(Ω2+ψ(ΩΩ))(n)={n,n[1∖1[1[1∖2¬2]2]2[1¬3]2]2}
  • fψ(Ω2+ψ(ΩΩω))(n)={n,n[1∖1[1[1∖1,2¬2]2]2[1¬3]2]2}
  • fψ(Ω2+ψ(ΩΩΩ))(n)={n,n[1∖1[1[1∖1∖2¬2]2]2[1¬3]2]2}
  • fψ(Ω2+ψ(ΩΩΩΩ))(n)={n,n[1∖1[1[1[1∖2¬2]2¬2]2]2[1¬3]2]2}
  • fψ(Ω2+ψ(Ω2))(n)={n,n[1∖1[1[1¬3]2]2[1¬3]2]2}
  • fψ(Ω2+Ω)(n)={n,n[1∖1∖2[1¬3]2]2}
  • fψ(Ω2+Ω2)(n)={n,n[1∖1∖1∖2[1¬3]2]2}
  • fψ(Ω2+Ωω)(n)={n,n[1[2¬2]2[1¬3]2]2}
  • fψ(Ω2+ΩΩ)(n)={n,n[1[1∖2¬2]2[1¬3]2]2}
  • fψ(Ω2+ψ1(Ω2))(n)={n,n[1[1¬3]3]2}
  • fψ(Ω2+ψ1(Ω2+ψ1(Ω2)))(n)={n,n[1[1¬3]1[1¬3]2]2}
  • fψ(Ω2+ψ1(Ω2+ψ1(Ω2+1)))(n)={n,n[1[2¬3]2]2}
  • fψ(Ω2+ψ1(Ω2+ψ1(Ω2+ψ1(Ω2))))(n)={n,n[1[1[1¬3]2¬3]2]2}
  • fψ(Ω22)(n)={n,n[1[1¬4]2]2}
  • fψ(Ω23)(n)={n,n[1[1¬5]2]2}
  • fψ(Ω2ω)(n)={n,n[1[1¬1,2]2]2}
  • fψ(Ω2ψ(0))(n)={n,n[1[1¬1[1∖2]2]2]2}
  • fψ(Ω2ψ(ΩΩ))(n)={n,n[1[1¬1[1[1∖2¬2]2]2]2]2}
  • fψ(Ω2ψ(Ω2))(n)={n,n[1[1¬1[1[1¬3]2]2]2]2}
  • fψ(Ω2Ω)(n)={n,n[1[1¬1∖2]2]2}
  • fψ(Ω2ΩΩ)(n)={n,n[1[1¬1[1∖2¬2]2]2]2}
  • fψ(Ω2ψ1(Ω2))(n)={n,n[1[1¬1[1¬3]2]2]2}
  • fψ(Ω22)(n)={n,n[1[1¬1¬2]2]2}
  • fψ(Ω2ω)(n)={n,n[1[1[2∖32]2]2]2}
  • fψ(Ω2Ω2)(n)={n,n[1[1[1∖22∖32]2]2]2}
  • fψ(Ω3)(n)={n,n[1[1[1∖33]2]2]2}
  • fψ(Ω3Ω3)(n)={n,n[1[1[1[1∖32∖42]2]2]2]2}
  • fψ(Ω4)(n)={n,n[1[1[1[1∖43]2]2]2]2}
  • fψ(Ωω)(n)={n,n[1[2∖1,22]2]2}
  • fψ(Ωψ(Ω))(n)={n,n[1[2∖1[1∖2]22]2]2}
  • fψ(Ωψ(Ωψ(Ω)))(n)={n,n[1[2∖1[2∖1[1∖2]22]22]2]2}
  • fψ(ΩΩ)(n)={n,n[1[2∖1∖22]2]2}=(0,0,0)(1,1,1)(2,1,1)(3,1,0)[n] (см. Bashicu Matrix System)
  • fψ(ΩΩ2)(n)=(0,0,0)(1,1,1)(2,1,1)(3,1,0)(1,1,0)(2,2,1)(3,2,1)(4,2,0)[n]
  • fψ(ΩΩω)(n)=(0,0,0)(1,1,1)(2,1,1)(3,1,0)(1,1,1)[n]
  • fψ(ΩΩΩ)(n)=(0,0,0)(1,1,1)(2,1,1)(3,1,0)(1,1,1)(2,1,1)(3,1,0)[n]
  • fψ(ψI(0))(n)=(0,0,0)(1,1,1)(2,1,1)(3,1,0)(2,0,0)[n]

Шаблон:Конец скрытого блока

См. также

Примечания

Шаблон:Примечания

Ссылки

Шаблон:Гугология