教程与范例:如何构造出超过葛立恒数的大数
葛立恒数吧
全部回复
仅看楼主
level 12
aeroplane32 楼主
吧里不少人想方设法创造出超越葛立恒数的数,却在构造时陷入了误区,总是离不开乘方、阶乘这类运算,于是楼主就把这些年来研究大数构造的一些心得发表出来,希望能帮助大家成功构造出超越葛立恒数的数。
这篇帖子的内容主要是:
1.构造大数的几个思考方向
2.介绍楼主自己创造的一种大数表示法
3.看看这个表示法能表示比葛立恒数大多少的数字
一、想构造大数,应该往什么方向去想?
核心:提高表示法表示数字的能力,用更简短的式子表示更大的数
1.使用更高级别的“计数器”
高德纳箭号能表示出巨大的数,就在于它把运算级别扩展到了3以上,而运算级别中蕴含着计数的思想,首先来看一看加法、乘法和乘方:
a×b=a+a+a+…+a,式子的右边进行了b-1次加法的操作,而左边仅用一个×b就把它表达出来了,这个b可以看做是一个计数器,表示一共有多少个a相加,因此乘法能把一串很长的和式缩在一起,用更少的符号表达出更大的数字,这便是乘法比加法表示数字的能力更大的原因.
类似的,a^b= a×a×…×a×a,这里的b又是一个计数器,表示乘数的数量,因此乘方又比乘法表示数字的能力大
因此,在高德纳箭号中,a↑↑↑b=a↑↑a↑↑a↑↑⋯↑↑a,式子的左边是第五级运算,右边是第四级运算,左边的b作为第四级中a的计数器,起到把式子缩短的作用.
综上我们可以看出,运算级别的增加,可以让我们利用更短的式子表达出更大的数,表示数字的能力便提升了.
2.充分地迭代
假如你成功地构造出了一个增长得很快的函数,姑且记作g(x),那么你该怎样做才能构造出增长得更快的函数呢?如果这个函数增长得比加法、乘法、乘方……更快,那么最有效的让数字增大的办法办法是利用这个g(x),让它自己迭代多次(可以设一个计数器来统计迭代的次数,从而缩短式子). 自然数阶段的FGH正是靠着不停地迭代,才拥有与高德纳箭号相媲美的增长率.
3.对角化(以小换大,以静换动)
对角化这个概念定义在矩阵上,后来Bachmann把它引入了大数表达中,不过意思好像变了不少。通俗的说,对角化就是把某些符号和数相互替换的操作。在FGH中,把ω换成自变量就是对角化;在超阶乘数阵中,“[1]”替换成感叹号之前的数,也是对角化。对角化也是缩短式子的一种好方法,不论数有多么大,写起来多么长,都可以用一个固定的、简短的记号来替换。
二、楼主自己创造的大数表示法:简单迭代数阵
一个完整的结构大概像这样:n | [A,B,C,D,…] 或 n | k(n和k为非负整数)
其中n姑且称为基数,[A,B,C,D…]称为数阵,数阵中每一个用逗号隔开的东西称为项
项可以是一个数,也可以是一个数阵,
例如“6 | 8”,“3 | [3,5,6,9]”,“15 | [12,17,[6,3,1],[2]]”都是合法的表达.
先说几个记号:
固定用n表示基数;上标表示迭代次数,而不是指数;
符号"@"可以表示任何东西,也可以什么都不表示,给"@"带下标只是为了区分不同的“任意部分”;
符号"#"只能表示若干个0组成的序列,例如“0,0,0”,也可以什么都不表示,下标的作用同"@".
规则如下,一共6条规则(贴吧里打不出上下标,便以图代文):
这个表示法怎样用上了上面那三种构造大数的方法呢?
看规则2,k每增1,就相当于把原来的式子作为一个函数迭代了n次,在这里n既是参与迭代的初始数字,也是迭代次数的计数器,这就省去了一个计数器。
规则3体现了对角化的方法,基数再大,到了“|”符号右边也只变成一对方括号。
规则4是化简式子的规则。
规则5是专门用来折叠式子的,基数是“有多少个式子被折叠”的计数器,每一个数阵中的最右边一项是“这个式子被折叠了多少次”的计数器。
规则6决定整个表示法表示数字能力的大小。这条规则是数阵内部的嵌套折叠,迭代位左边一项,是一个折叠次数的计数器
PS. 关于规则6,楼主想了很久。其实楼主想过一个更强的规则,可以让这个表示法的极限增长率超过TREE函数、SCG函数、鸟之记号乃至超阶乘数阵。然而它需要几个子规则的辅助才能发挥效用,所以楼主干脆采用一个较弱但简洁一些的规则。
三、楼主这个表示法的分析
(全程借用FGH)
n|0的增长率是0;
n|1 = ((…((n|0)|0)|0…)|0)|0=2n,增长率为1;
n|2相当于把n|1迭代n遍,增长率为2;
n|k增长率恰好为k;
n|n=n|[0],增长率为ω,达到了高德纳箭号的极限;
n|[0]1相当于把n|[0]迭代n次,增长率为ω+1,同葛立恒函数G(n)相当;
因此葛立恒数G64小于64|[0]1,更严格地说,介于5|[0]1和6|[0]1之间。
这个表示法还可以表示更大的数:
n|[0][0]=n|[0]n,增长率为ω×2;
n|[0][0][0]=n|[0][0]n,增长率为ω×3;
n|[1]=n|[0][0]…[0],增长率为ω^2,达到了不带下标的康威链式箭号的极限;
n|[2]=n|[1][1]…[1],增长率为ω^3,达到了带下标的康威链式箭号的极限;
n|[n]=n|[[0]],增长率为ω^ω,达到了BEAF和鸟之记号线性数阵的极限。
好啦,接下来逗号就可以用上了
逆用规则4,n|[[…[0]…]](嵌套n层)=n|[0,[0,[0,[…[0,0]…]]](嵌套n层)
再逆用规则6,原式=n|[1,0],这个式子增长率为ε(0),和古德斯坦数列、长蛇函数相当;
继续往下,n|[2,0]=n|[1,[1,[1,[…[1,0]…]]],增长率是ε(1)
n|[3,0]=n|[2,[2,[2,[…[2,0]…]]],增长率是ε(2)
n|[n,0]=n|[[1],0]增长率是ε(ω)
《大数入门》里,E#系统最大已命名的数字是Great and Terrible Tethrathoth,也不过相当于(100 | [[0],0] ) | [[0],0]而已
n|[1,0,0]增长率是ζ(0),n|[1,0,0,0]增长率是η(0),
最终,表示法的极限增长率是ϕ(ω,0),很可惜,还是没碰到TREE(3)
2019年02月01日 14点02分 1
level 12
好像φ(ω,0)=Γ0
2019年02月01日 15点02分 2
不,φ(φ(φ(φ(…φ(ω,0)…))))=φ(1,0,0)=Γ0
2019年02月01日 15点02分
@behondy 都差不多
2020年03月18日 13点03分
@behondy 上界是一样的
2020年03月18日 13点03分
level 12
n&n&n…&n,从头有n个,它的增长率为ω↑ω+1吗?
2019年02月01日 21点02分 3
@只爱家乡大连5 对啊,这就是BEAF的定义问题了,Jonathan Bowers一开始就没有定义好“&”这个符号,所以后人根据自己的理解来分析BEAF,得到各种各样的结果,BEAF的极限增长率最大超过ψ(ψ_Ξ(K,0)(0)),最小的才到LVO
2019年02月08日 09点02分
@ΩBeria 第一、BEAF对符号&定义得模棱两可,所以它不能算是合格的大数表示法。第二、BEAF里面也有定义清楚的部分,如果光考虑这一部分,那么增长率极限是ζ0。第三,现在有人尝试着对符号&下完整的定义,目前比较成功的定义极限增长率是ψ(ψ_I(ω,0)(0))
2019年02月08日 13点02分
你说的是什么表示法?是BEAF吗?那么这个符号定义得不严谨,没有准确的增长率可说
2019年02月02日 09点02分
是BAEF
2019年02月02日 11点02分
level 7
看不懂
2019年02月02日 13点02分 4
level 1
楼主,有一个很让我困惑的问题,乘方以及更高级运算都是不满足交换律的,而乘法和加法运算都满足交换律,造成这种差异的本质原因是什么?
2019年02月03日 02点02分 5
level 12
aeroplane32 楼主
这个是代数系统性质的问题了,实数和加法构成阿贝尔群,和乘法又构成环,这两个代数系统有这样的性质。这些是离散数学方面的内容,具体我还未研究过,抱歉不能解决你的问题了
2019年02月03日 03点02分 6
level 1
谢谢楼主,简单的说乘法比加法高一级,乘方比乘法高一级会有点问题。
因为有幂函数这么一个怪胎存在,幂函数是乘方运算,增长率超过一切乘法函数,但乘法函数和幂函数的增长率却都近似为1,和指数函数的增长率差一个等级。
2019年02月03日 04点02分 7
确实,严格来说应该是指数为变量时乘方比乘法高一个等级
2019年02月03日 04点02分
level 1
我在网上看到一种说法,乘方之所以不满足交换律是因为它的定义与乘法有区别。
乘法的定义:a×b=a+a×(b-1)
上面的减号是加号的逆运算,所以式子里有加号和乘号两种运算符。
乘方的定义:a^b=a×a^(b-1)
这个式子里同样也有减号,所以式子里有三种运算符:加号、乘号、乘方号,因为运算符的种类更多,所以定义与乘法的定义不一致。
2019年02月03日 07点02分 8
然而这个定义也仅是针对自然数成立的,要扩展到实数还是要看代数系统
2019年02月03日 07点02分
我觉得问题就出在这儿三七二十一三个七相加23的七次方是七个三相乘
2019年02月14日 13点02分
就比如说2³=8,3²=9,没有交换律。 ³2=2^2^2=2^4=16,²3=3^3=27。 2↑↑↑3=2^2^2^2=65536 3↑↑↑2=3^3^3=7625597484987 幂本身是没有交换律的,更高级的运算也可以化成幂,所以也没有交换律 (大概是这样吧,我也不确定
2020年06月24日 13点06分
level 5
根本看不懂好吧 所以说到底比一个算法的大小还是看增长率大小吧 所以增长率大小又是怎么算出来的或者定义的 为什么增长率大小也有极限值[哈哈]
2019年02月09日 06点02分 9
增长率根据FGH定义,在任何表示法中从初始公式出发,依照FGH的套路一层层迭代,当表示法所有的规则和符号都用完时,就达到了增长率极限
2019年02月09日 08点02分
@aeroplane32 FGH的符号有不同版本,最好能有一个大家都能接受的统一版本。
2019年02月09日 09点02分
@aswq48 FGH还有不同版本?衡量函数增长快慢的标尺确实不止一种,有FGH、SGH和HH,序数函数像ψ函数、θ函数也不止一种,然而FGH的定义只有一种吧
2019年02月09日 10点02分
@aswq48 那是ψ函数的问题,FGH还是相当唯一的,另外ψ函数默认用的是Bachmann的版本,带下标的ψ函数普遍用的是Deedlit的版本,涉及到I、M和K的ψ函数用Rathjan的版本,大数入门非常贴合这些版本
2019年02月09日 10点02分
level 12
BHO应该等于ψ(Ω↑↑ω)
2019年02月14日 10点02分 10
没错
2019年02月14日 11点02分
level 12
就是从这里得来的。
2019年02月14日 12点02分 13
ω1CK虽然存在,然而它是不可以通过可计算构造得来的,另外在M以后,ψ还能用更大的K和Πn符号,再往上就是Michael Rathjan发明的更加强的Ξ序数函数和大Ψ序数函数,再往上还有admissible序数函数,但这些都没有到ω1CK,甚至连ZFC的可证极限都达不到
2019年02月14日 12点02分
另外这个人的科普我看过,很多序数都是错的
2019年02月14日 12点02分
ω1CK需要定义阿列夫0个符号才能达到
2019年02月14日 12点02分
@ΩBeria 以上都到不了,D函数增长率在Z2之上,ZFC之下(我那张图这个地方错了),然而taranovsky的序数表示法可以到
2019年02月16日 09点02分
level 12
精致基数Y在哪个层次
2019年02月14日 12点02分 15
精致基数(subtle cardinal)是我自己翻译的啦,它是Rathjan对ψ函数的扩展才用到的
2019年02月14日 14点02分
@aeroplane32 以后会用更大的基数吗?
2020年07月20日 07点07分
2020年07月20日 07点07分
@aeroplane32 那为什么没有用到呢?
2020年07月20日 07点07分
level 1
一个疑问,为什么n(4)会被认为是TREE(3)的一个极弱的下限?是否在当时还没有更高的下限被计算出来,所以只能暂时把n(4)看作下限?楼主能不能考证一下。
2019年02月15日 01点02分 16
2.为什么要把n(4)当作TREE(3)的下界,而不是n(5)、n(6)、n(100)呢?这更像是个历史问题
2019年02月15日 04点02分
n(k)和TREE(k)的提出者Harvey Frideman在2000年6月1日发表了一篇题为Enormous Integers in Real Life(生活中的大数)的文章,由弱到强地介绍了几个函数,每介绍一个新的函数就会用之前介绍过的函数做比较
2019年02月15日 04点02分
@aswq48 It is easily seen that n(4) is completely UNNOTICEABLE in comparison to TREE[3].
2019年02月15日 04点02分
@aswq48 好吧,大数wiki上说的是TREE3比nnnn...4大的多
2019年02月15日 15点02分
level 2
如何构造出超过TREE(3)的大数
2019年08月19日 16点08分 19
FOOT和Rayo的定义有点类似于"用x个字表达不出来的最小的数",为了避免自我指涉,采用了一阶逻辑语言。例如TREE(3)的定义翻译成一阶逻辑,最少用到x个符号,那么Rayo(x)至少是TREE(3),而这个x应该会小于200
2019年08月20日 07点08分
可以计数迭代对角化,多定义几个符号,如BAN和HAN;也可以从某定理出发利用定理本身的性质来定义一个函数,如TREE和SCG
2019年08月20日 07点08分
@奏灬说传奏网 本来FOOT函数增长率数一数二,可惜现在证明FOOT函数不是良定义的了;FOOT和Rayo的不同就在于FOOT在Rayo的基础上增加了Tarski对集合论语言命题正确性的定义,具体我也不是很懂
2019年08月20日 07点08分
@aeroplane32 bigfoot函数增长最快吗?怎么理解?
2019年08月20日 07点08分
level 1
康威链式箭头
2020年03月24日 09点03分 22
那才w^3
2020年07月09日 05点07分
那才w^3
2020年07月09日 05点07分
@你的cpper 又挖坟[滑稽]
2020年08月18日 13点08分
@Ethereal 什么叫挖坟?[滑稽]
2022年04月19日 11点04分
1 2 尾页