哥德尔 G?del 不完备定理

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LinMu
楼主 (文学城)

什么是公理体系?读过高中的人,应该都知道公理体系。公理是无需证明而被认定为成立的命题。公理体系是指一组公理的集合。通过这些公理和基本的逻辑关系,可以推导出更多成立的命题,称为定理。最常见的,莫过于在欧几里德五条公理的基础上构建的整个欧式几何公理系统。从这五条公理出发,可以推出欧式几何的所有定理。

什么样的公理系统具有一致性?永远不允许“矛盾”出现的系统就是一致的。矛盾就是,比如在某算术系统中,如果不同时允许1 > 2 和 1<=2,就说明该算术系统是“一致”的。

为什么需要一致性,或无矛盾的公理体系?设想一个公理体系,一会儿说“1+1=2”,一会儿又说“1+1不等2”,就不会有人把这个公理体系当回事。有矛盾的公理体系是无意义的。

什么样的公理系统具有完备性?如果一个系统中所有可以表达的命题,他们的真值都能被决定,要么真,要么假,那么我们就说这个系统是完备的。这里的完备,指的是“对于任何可在这个公理体系内描述的命题,都可以在这个公理体系内得到判定,要么是正确的,要么是错误的”。比如,在算术系统中,命题1>2 是假的,命题3>2是真的,命题1>3是假的。如果这样使用二阶逻辑,所有数字,和其比较符号构成的命题都能被决定真假,那么算术系统就是完备的。

在现代科学形成的过程中,通过定义一组公理再加上合理的逻辑推演,可以证明很多命题或结论。公理体系是当今数学研究和科学研究的基础,数学研究成果就是依赖于一组公理体系的推演,而其它科学研究除了依赖公理体系进行推演外,还需要通过系统的实验来进行验证。

以前数学家一直认为一个公理体系既是一致的,也是完备的。

哥德尔年仅25岁时发表的“哥德尔不完备定理”是针对公理体系的一项结论,它撼动了公理体系。这个定理说的是:一个足够复杂的公理体系,如果它是一致的,那么它就是不完备的。也就是说不可能同时具有“一致性”和“完备性”的公理系统。

通俗点说,一个没有矛盾的公理体系内,存在一些说不清楚对错的命题(这是指在这个体系内说不清楚,不是说永远都说不清楚)或者说命题是不可判定的。

什么命题具有如此神奇的性质呢?说白了就是悖论。我们可以轻易用自然语言构造出一个悖论,比如:“我说的话是假的。”如果这句话为真,那么它的内容又说它是假,互相矛盾。如果这句话为假,那么它的内容说明它不是假的,又互相矛盾。因此这句话既不真又不假,它是个悖论。这个著名的说谎者悖论其实已经触碰到了哥德尓不完备定理。

哥德尔定理的言外之意,有些命题是真的,但无法证明。这些无法证明的真的命题,可以作为公理。于是我们永远需要凭借直觉寻找新的公理。

只要一个系统表达力强到可以自指,那么就不可能是完备的,这对后来的人工智能领域产生了深远影响。

在计算理论里,哥德尔的发现启发了图灵证明停机问题:如果有一个程序P,P输入一个会终止的程序代码就无限循环,输入一个会无限循环的程序代码就终止;那么把P的代码输入给P,会发生什么?停机问题在图灵机上是不可判定问题。这是智能领域最早提出的决定性问题之一。

 



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LinMu
曾经几次看到老键提到哥德尔不完备定理,看后一知半解,便在网上查了一下,理出一点头绪
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Vivian32817
这么枯燥的问题也谈得那么津津有味,这还是LINMU 君吗?
简丹儿
看开头本以为文科生看不懂呢,却越读越有意思,清晰明了……关于说清说不清,想起维特根斯坦,

凡能够说的,都能够说清楚;凡不能谈论的,就应该保持沉默。

庄文雅
林木把公理体系和悖论表达得这般清晰

学数学的吗?

为人父
好文!表达清晰,言之有物。长知识了。:)
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LinMu
有化腐朽为神奇的本领。。
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LinMu
既然说不清,他就把哲学问题简化为语言问题
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LinMu
要是学数学的就不会一知半解了
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LinMu
要是学数学的就不会一知半解了
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LinMu
谢谢为版主读评
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Vivian32817
雪莲不要隐身,出来化一化腐朽~~~
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snowandlotus
哎呀,我这不是被林诗人震得不敢吱声了:)
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LinMu
这么多人会,看来并不神奇
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LinMu
雪莲深藏不露,我是半瓶水晃荡
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snowandlotus
真不懂,又去狗了一下:)

总算大概其知道一点停机问题了:)

 

盈盈一笑间
言之有物的好文章,充满理性。看到了诗人的另一面。:)
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LinMu
谢谢盈盈夸奖。好像说我是两面人:)
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LinMu
确实就是我们通常理解的悖论
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QualityWithoutName
不完备和悖论还是有区别。命题有信息含量,不与体系矛盾。但"我说的是假话""没有真理"之类的悖论,自相矛盾,没有信息含量。
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QualityWithoutName
人类语言并不是一个相容的公理体系。
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LinMu
当然,一个是严格的数学描述,一个是用形象的语言来说明
黄梁一梦
新冠病毒不断复制, 最终变异, 这是否也可以用哥德尔不完备定理来解释?