Hilbert's Tenth Problem

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出版者:Cambridge University Press
作者:Alexandra Shlapentokh
出品人:
页数:330
译者:
出版时间:2006-11-9
价格:GBP 27.20
装帧:Hardcover
isbn号码:9780521833608
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机科学
  • 数论
  • 丢番图方程
  • 不可解性
  • 希尔伯特问题
  • 算法
  • 计算理论
  • 数学逻辑
  • 整数论
  • 代数数论
  • 递归论
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具体描述

In the late sixties Matiyasevich, building on the work of Davis, Putnam and Robinson, showed that there was no algorithm to determine whether a polynomial equation in several variables and with integer coefficients has integer solutions. Hilbert gave finding such an algorithm as problem number ten on a list he presented at an international congress of mathematicians in 1900. Thus the problem, which has become known as Hilbert's Tenth Problem, was shown to be unsolvable. This book presents an account of results extending Hilbert's Tenth Problem to integrally closed subrings of global fields including, in the function field case, the fields themselves. While written from the point of view of Algebraic Number Theory, the book includes chapters on Mazur's conjectures on topology of rational points and Poonen's elliptic curve method for constructing a Diophatine model of rational integers over a 'very large' subring of the field of rational numbers.

《数学的边界:哥德尔、图灵与不可判定性》 内容简介 本书深入探讨了二十世纪数学史上最深刻的危机与革命,重点聚焦于奠定现代计算机科学与数理逻辑基石的那些关键性突破。它并非仅仅是一部关于抽象符号操作的著作,而是一部关于人类心智局限性、逻辑完备性探索以及数学本质的哲学史诗。 第一部分:数学的黄金时代与危机的阴影 故事始于十九世纪末期,在欧几里得几何的坚实基础上,大卫·希尔伯特(David Hilbert)构筑了宏伟的数学大厦。希尔伯特坚信,通过一套完备、一致且可判定的公理系统,数学的全部真理都可以被形式化、被证明。他提出的二十三个问题,特别是其一致性问题(即第十个问题之外的关于形式系统可判定性的哲学诉求),成为了新世纪数学家追求的灯塔。本部分将详细梳理这一时期数学哲学思潮的演变,从直觉主义的质疑到逻辑主义的雄心勃勃。我们将考察弗雷格(Frege)的《概念文字》的初衷与挫折,以及罗素(Russell)悖论如何一击粉碎了朴素集合论的堡垒,揭示了看似坚不可摧的数学基础内部存在的深刻裂痕。 第二部分:逻辑的极限:哥德尔的震撼 本书的核心部分,将细致剖析库尔特·哥德尔(Kurt Gödel)在 1931 年发表的划时代成果——不完备性定理。我们将以一种清晰且富有历史背景的方式,阐释“可计算性”、“形式化系统”和“可证明性”之间的微妙关系。哥德尔如何通过精妙的“哥德尔编码”,将关于数字的陈述转化为关于自身陈述的陈述(自指现象),从而构造出了一个在任何足够强大的算术系统内都无法被证明也无法被证伪的命题——“G”。 我们将探讨这两个定理的深远影响: 1. 第一不完备性定理: 任何包含基础算术的、可靠的(即其中所有可证明的命题都为真)形式系统,必然是不完备的——总存在可以被清晰陈述但无法在该系统内被证明或证伪的数学命题。这直接挑战了希尔伯特对“所有数学真理皆可证明”的信念。 2. 第二不完备性定理: 这样的系统无法证明其自身的可靠性。要证明一个系统的可靠性,必须诉诸一个更强大的系统,从而形成了一个永无止境的追溯链条。 本书将深入分析哥德尔思想的哲学重量:数学知识的界限究竟在哪里?逻辑的边界是否也构成了我们认知能力的边界? 第三部分:可计算性的诞生与图灵的机器 在哥德尔发布其成果的同时,逻辑学界正在寻求一个确切的定义来描述“什么是算法”或“什么是可有效计算的”。这一部分聚焦于阿兰·图灵(Alan Turing)的工作。我们将详细介绍图灵在 1936 年提出的“图灵机”这一抽象模型。 图灵机不仅仅是一个理论构造,它提供了一个普适的、可操作的计算模型。本书将解释图灵如何利用这台假想的机器,解决了“通用性”的概念,定义了“可计算函数”。随后,我们将看到图灵如何利用其机器的概念,简洁而优雅地证明了停机问题(The Halting Problem)的不可解性——即不存在一个通用的算法,能够判断任意给定的程序和输入是否会最终停止运行。 本书会详细阐释图灵机与哥德尔不完备性定理之间的深刻同构关系。不可判定性(Undecidability)不再仅仅是数理逻辑中的一个概念,它成为了计算科学中最根本的限制。 第四部分:后继者与遗留问题 除了哥德尔和图灵,本书还将涉及与这一领域相关的其他重要人物和分支,例如: 丘奇(Alonzo Church)的工作: 阐述了 lambda 演算如何独立地达到了与图灵机相同的计算能力,进一步巩固了“有效可计算性”的直觉概念(丘奇-图灵论题)。 判定问题(Entscheidungsproblem)的彻底终结: 探讨了数学家们如何确认希尔伯特提出的判定性问题(是否存在一个算法可以判定任何一阶逻辑命题的真伪)在逻辑上是不可解的。 递归论与可计算性理论的现代延伸: 简要介绍这些理论如何影响了算法复杂度理论、人工智能的早期设想以及形式验证的尝试。 本书旨在向读者展示,二十世纪初的逻辑危机不仅没有摧毁数学,反而以一种意想不到的方式,为信息时代奠定了不可动摇的理论基石。它揭示了形式化思维的强大力量,同时也清醒地指出了其固有的、无法逾越的界限。这是一部关于人类智力探索其自身极限的动人叙事。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的文字密度极高,但阅读体验却出奇地流畅,这要归功于作者对语言驾驭的炉火纯青。它不像某些学术著作那样枯燥乏味,而是充满了叙事的力量。作者似乎深谙如何将冰冷的数学公式与鲜活的人类故事相结合。我尤其对其中穿插的那些数学家们的个人轶事和他们的学术争论印象深刻。这些细节不仅丰富了历史的维度,更让人体会到,伟大的数学发现往往是伴随着巨大的心血、误解甚至是失败的。这种对“人”在科学进程中作用的关注,使得整本书的基调非常温暖和具有人性光辉。它让人明白,每一次重大的数学突破都不是凭空出现的,而是无数次尝试与挫折的结晶,这对于任何领域的探索者来说,都是一种极大的鼓舞。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构设计非常巧妙,它没有采用严格的时间顺序来组织内容,而是根据逻辑上的关联性进行板块划分,这使得叙事层次更加清晰。从早期的代数方程理论到后来的数理逻辑基础的建立,作者总能找到一条优雅的路径将看似无关的领域连接起来。我注意到,作者在处理那些涉及非直觉结论的部分时,总是会先用一个非常直观的例子来打底,然后再逐步引入形式化的证明框架。这种“由表及里”的教学方法,极大地降低了理解门槛,同时也保持了数学的严谨性。读完后,我发现自己对数学哲学层面的思考也得到了极大的拓展,它不再仅仅是计算和求解,更是一种对存在本质的深刻追问。

评分☆☆☆☆☆

在阅读这本书的过程中,我最大的感受是智力上的愉悦和挑战并存。作者对数学逻辑的深入剖析,迫使我不断地回到前面重新审视那些看似简单的定义,因为一个微小的理解偏差,都可能导致对后续论证的完全误读。这种需要全神贯注、甚至需要借助外部资料来辅助理解的阅读过程,本身就是一种极具回报的智力锻炼。它挑战了我对“确定性”和“无限性”的传统认知。我尤其喜欢作者在论证过程中所展现出的那种近乎苛刻的精确性,每一个步骤都建立在坚实可靠的逻辑基石之上,让人感到无比的信服。这不仅仅是知识的传递,更像是一场精心设计的思维迷宫,引导读者一步步接近真相的核心。

评分☆☆☆☆☆

这本书的开篇就给我带来了一种强烈的探索欲。作者在叙述复杂的数学概念时,运用了非常生动的类比和历史背景的铺陈,使得即便是像我这样对数论了解不深的读者也能迅速抓住问题的核心。尤其是对丢番图方程的起源和早期研究的描绘,简直像是一部精彩的侦探小说,充满了悬念和对未知的渴望。我特别欣赏作者在解释“可判定性”这个抽象概念时所采用的叙事手法,它将一个纯粹的逻辑问题转化为了一个关于人类智慧极限的哲学思辨。读完前几章,我感觉自己仿佛站立在了一个宏伟的知识殿堂的入口,空气中弥漫着理性与创新的气息,迫不及待地想知道,究竟是什么样的逻辑困境,能够困扰数学家们如此之久。整本书的节奏把握得极佳,总能在关键时刻抛出引人深思的疑问,让人无法停下翻阅的动作。

评分☆☆☆☆☆

坦白说,这本书的篇幅相当可观,但阅读体验却是轻松且引人入胜的,这在探讨高度抽象概念的著作中是难能可贵的。作者的文笔带着一种特有的学者气质,既有深厚的学术功底,又不失大众科普的亲和力。书中对于某些核心定理的阐述,我反复阅读了好几遍,每一次都能从中捕捉到新的细微差别和深层含义。它成功地将一个复杂的数学问题,放置到了更广阔的科学史和社会背景中去审视,让我们看到了理论是如何影响和反作用于人类思维模式的。它不仅仅是在讲述一个数学难题的解决过程,更是在讲述人类理性如何不断地拓展自身的边界,以及在面对看似无法逾越的障碍时所展现出的那种坚韧不拔的精神力量。

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