為什麼計算機科學存在圖靈機和Lambda演算兩種世界觀?_風聞
canonical-云计算实现计算的云化,可逆计算实现计算的可逆化1小时前
計算機科學存在兩種世界觀:圖靈機和Lambda演算,它們指出了到達圖靈完備的兩條技術路線。但是量子力學中卻存在着三種世界圖景:薛定諤圖景,海森堡圖景和狄拉克圖景。為什麼計算機科學有兩種基本世界觀,但是量子力學卻存在三種世界圖景?它們之間是否存在什麼對應關係?
實際上,計算機科學中實現圖靈完備的基本技術路線也可以被看作是有三條,它們和量子力學的世界圖景存在如下對應關係:
圖靈機<=> 薛定諤圖景
Lambda演算 <=> 海森堡圖景
可逆計算 <=> 狄拉克圖景
以下是具體的分析。首先,量子力學中最基本的世界圖景同樣是兩個,狄拉克圖景是前兩種圖景自然衍生的結果
薛定諤圖景中算子固定,態函數演化
海森堡圖景中態函數固定,而算子演化
狄拉克圖景(相互作用圖景)中態函數和算符都不固定,它們都隨時間演化
在狄拉克圖景中,我們將系統的Hamiltion量拆分為已知的部分和待研究的微小擾動
H = H_0 + H_1
然後研究系統如何偏離已知模型進行演化,即我們所關心的是差量描述的演化情況。在相互作用圖景下,態函數和算符都隨時間演化。
如果把量子力學和計算機理論做個對比,我們會發現量子力學中的世界圖景和計算機理論的世界觀之間存在一個有趣的對應關係。
圖靈機是一種結構固化的機器,它具有可枚舉的有限的狀態集合,只能執行有限的幾條操作指令,但是可以從無限長的紙帶上讀取和保存數據。例如我們日常使用的電腦,它在出廠的時候硬件功能就已經確定了,但是通過安裝不同的軟件,傳入不同的數據文件,最終它可以自動產生任意複雜的目標輸出。圖靈機的計算過程在形式上可以寫成
目標輸出 = 固定的機器 (無限複雜的輸入)
與圖靈機相反的是,lambda演算的核心概念是函數,一個函數就是一台小型的計算機器,函數的複合仍然是函數,也就是説可以通過機器和機器的遞歸組合來產生更加複雜的機器。lambda演算的計算能力與圖靈機等價,這意味着如果允許我們不斷創建更加複雜的機器,即使輸入一個常數0,我們也可以得到任意複雜的目標輸出。
目標輸出 = 無限複雜的機器(固定的輸入)
計算機科學中的兩個基本理論在形式上都可以被表達為 Y = F(X)這樣一種抽象的形式。如果仿照狄拉克圖景的導出過程,我們認識到在真實的物理世界中,人類的認知總是有限的,所有的量都需要區分已知的部分和未知的部分,因此我們需要進行如下分解:
Y = F(X) = (F0+F1)(X0+X1) = F0(X0) + Delta
翻譯為具體的軟件實現,可以得到如下軟件構造公式
App = Delta x-extends Genertor<DSL>
完整介紹參見知乎文章 https://www.zhihu.com/question/614938288/answer/3147722439