Dowolna obliczalna liczba transcendentalna obliczalna w czasie P, ale nie

9

Czy istnieje jakaś znana obliczalna liczba transcendentalna taka, że ​​jej ta cyfra jest obliczalna w czasie wielomianowym, ale nie w ?nO(n)

XL _At_Here_There
źródło
2
To wciąż nie ma sensu. Masz na myśli „… ale nie w czasie ”, czy co? O(n)
Emil Jeřábek
Mam na myśli czas P, a nie . Nie jestem pewien, czy mój angielski jest niepoprawny, czy twój, w każdym razie dziękuję za komentarz. O(n)
XL _At_Here_There
2
Jeśli autorowi uda się sformułować to pytanie w czytelnym języku angielskim, może to być związane z hipotezą Hartmanisa-Stearnsa: Każda liczba rzeczywista obliczona przez maszynę Turinga w czasie rzeczywistym jest transcendentalna lub racjonalna.
Gamow
@ Gamow racja, ale wyklucza to przypadek Hartmanisa-Stearnsa Conjecture.
XL _At_Here_There
2
Starałem się, aby było to zrozumiałe, ale nadal nie jest to zbyt jasne. Czy masz na myśli, że nie wiadomo, że można go obliczyć w , lub można udowodnić, że nie można go obliczyć w ? Jaki jest model obliczeniowy: maszyna Turinga z pojedynczym lub wielopasmowym urządzeniem, czy coś innego? O(n)O(n)
Sasho Nikolov

Odpowiedzi:

19

Oto konstrukcja takiej liczby. Możesz spierać się, czy oznacza to, że taka liczba jest „znana”.

Weź dowolną funkcję z do gdzie -ta cyfra nie jest obliczalna w czasie . Taka funkcja istnieje na przykład za pomocą zwykłej techniki diagonalizacji. Interpretuj jakofaN.{1,2),,8}nO(n)f(n)ndziesiąta cyfra dziesiętna jakiejś liczby rzeczywistej α. Teraz dla każdegon formularza 22k, k1, zmień cyfry α w pozycjach n,n+1,,3n do 0„s. Wynikowa liczbaβ najwyraźniej zachowuje właściwość, którą ncyfra nie jest obliczalna w O(n) czas, ale ma nieskończenie wiele bardzo dobrych przybliżeń racjonalnych, powiedzmy na zamówienie O(q3), w formie p/q. Następnie według twierdzenia Rothaβnie może być algebraiczne. (To nie jest racjonalne, ponieważ ma arbitralnie długie bloki0po obu stronach wyrusza nonzeros.)

Jeffrey Shallit
źródło
12

Mówiąc bardziej ogólnie, dla dowolnej stałej k1, istnieją liczby transcendentalne obliczalne w czasie wielomianowym, ale nie w czasie O(nk).

Po pierwsze, według twierdzenia o hierarchii czasu istnieje język L0E nie do obliczenia w czasie O(2kn). Możemy założyćL{0,1}, i możemy również założyć, że wszystkie łańcuchy wL mają długość podzielną przez 3.

Po drugie, pozwól L1 być jedyną wersją L0. Dla pewności, dla każdegow{0,1}, pozwolić N(w) oznacza liczbę całkowitą, której reprezentacją binarną jest 1w, i umieścić L1={aN(w):wL0}. NastępnieL1P, ale L1 nie jest obliczalny w czasie O(nk). Co więcej,L1 ma następującą właściwość: dla dowolnej m, L1 nie zawiera żadnych an takie, że 23m+1n<23m+3.

Po trzecie, pozwól

α={2n:anL1}.
(Zakładam tutaj, że pytanie dotyczy obliczania liczb w systemie binarnym. Jeśli nie, to 2 powyżej można zastąpić dowolną pożądaną bazą, nie ma to znaczenia).

Następnie α jest obliczalny w czasie wielomianowym, ponieważ możemy obliczyć jego pierwszy n bitów, sprawdzając, czy a,a2,,an są w L1. Z tego samego powodu nie można go obliczyć w czasieO(nk), jak n-ty bit określa, czy anL1.

Dla każdego m, pozwolić

p={223m+1n:nL1,n<23m+1}=α223m+1,
i q=223m+1. Następnie
|αpq|223m+3=q4.
A zatem, α ma przynajmniej miarę irracjonalności 4dlatego jest transcendentalny według twierdzenia Rotha .
Emil Jeřábek
źródło
2
Hmm, widzę, że zostałem zgarnięty. I tak zostawię odpowiedź, ponieważ może być przydatna dla kogoś.
Emil Jeřábek
3
Wybrałem post Jeffreya jako odpowiedź na pytanie, ponieważ jego odpowiedź została opublikowana wcześniej.
XL _At_Here_There
6
Tak. Przypomnę sobie następnym razem, aby nie zawracać sobie głowy marnowaniem czasu i wysiłku na napisanie dokładnej odpowiedzi ze wszystkimi szczegółami technicznymi, ponieważ najwyraźniej cenniej jest zamiast tego napisać kilka minut wcześniej.
Emil Jeřábek
3
: D, świetnie! Mam nadzieję, że możemy cieszyć się więcej tematów.
XL _At_Here_There