Кіріспе

Алгоритмдік ақпарат теориясында алгоритмдік ықтималдылық, сондай-ақ Соломонов ықтималдылығы деп аталады, – берілген байқауға алдын ала ықтималдық тағайындаудың математикалық әдісі. Оны 1960 жылдары Рей Соломонов ойлап тапты. Ол индуктивті қорытынды теориясында және алгоритмдерді талдауда қолданылады. Индуктивті қорытындының жалпы теориясында Соломонов осы әдісті Байес ережесімен бірге қолданып, алгоритмнің болашақ нәтижелерін болжау ықтималдығын анықтайды. Қолданылатын математикалық формализмде байқаулар Тьюринг машиналарының нәтижелері ретінде қаралатын шекті екілік тізбектер түрінде болады, ал әмбебап алдын ала ықтималдық – бағдарламаларға (яғни әмбебап Тьюринг машинасына) ықтималдық таратудан есептелген шекті екілік тізбектер жиынындағы ықтималдық тарату. Алдын ала ықтималдық Тьюрингтік есептеу мағынасында әмбебап, яғни ешқандай тізбектің ықтималдығы нөлге тең болмайды. Ол есептеуге келмейді, бірақ оны жуықтап есептеуге болады. Формальды түрде, бұл ықтималдық нағыз ықтималдық емес және оны есептеу мүмкін емес. Ол тек «төменгі жартылай есептелетін» және «жартылай өлшем» болып табылады. «Жартылай өлшем» дегеніміз, нақты ықтималдықтан айырмашылығы, «ықтималдық» бірге тең болмайды. Себебі, Тьюринг машинасына берілген кейбір деректер оның тоқтамауына себеп болуы мүмкін, яғни осы деректерге бөлінген ықтималдық массасы жоғалады. «Төменгі жартылай есептелетін» дегеніміз, кіріс тізбегін алғанда, одан төмен қарай жинақталатын тізбекті басып шығара алатын Тьюринг машинасы бар, бірақ жоғарыдан дәл солай істейтін Тьюринг машинасы жоқ.

Шолу

Алгоритмдік ықтималдық – Соломоновтың индуктивті қорытынды теориясының негізгі құрамдас бөлігі, бақылауларға негізделген болжау теориясы; ол машиналық оқыту үшін қолданылу мақсатымен ойлап табылды; символдар тізбегі берілгенде, келесі қандай символ келеді? Соломоновтың теориясы белгілі бір мағынада оңтайлы жауап береді, бірақ оны есептеу мүмкін емес. Мысалы, Карл Поппердің индуктивті қорытынды теориясынан айырмашылығы, Соломоновтың теориясы математикалық тұрғыдан қатаң. Соломоновтың алгоритмдік ықтималдығына төрт негізгі түрткі болды: Окамның қырғышы, Эпикурдың көптүрлі түсіндіру принципі, қазіргі заманғы есептеу теориясы (мысалы, әмбебап Тьюринг машинасының қолданылуы) және болжам үшін Бейес ережесі. Окамның қырғышы және Эпикурдың принципі – универсалды алдын ала болжамның екі түрлі математикалық емес жуықтауы. Окамның қырғышы: байқалатын құбылыстармен сәйкес келетін теориялардың арасында ең қарапайым теорияны таңдау керек. Эпикурдың көптүрлі түсіндіру принципі: егер бірнеше теория бақылаулармен сәйкес келсе, барлық осындай теорияларды сақтау керек. Универсалды алдын ала болжамның негізінде компьютердің абстрактілі моделі, мысалы, әмбебап Тьюринг машинасы жатыр. Кез келген абстрактілі компьютер жарайды, егер ол Тьюринг толық болса, яғни, әрбір есептелетін функция абстрактілі компьютерде оның қолданылуын есептейтін кем дегенде бір бағдарламаға ие болса. Абстрактілі компьютер «қарапайым түсіндірме» тіркесінің нақты мағынасын беру үшін қолданылады. Қолданылатын формализмде түсіндірмелер, немесе құбылыстардың теориялары – абстрактілі компьютерде орындалғанда бақылау тізбегін жасайтын компьютерлік бағдарламалар. Әрбір компьютерлік бағдарламаға оның ұзындығына сәйкес салмақ беріледі. Универсалды ықтималдық үлестірімі – кездейсоқ кіріспен барлық мүмкін шығыс тізбектеріндегі ықтималдық үлестірімі, әрбір шекті шығыс префиксі q үшін q-дан басталатын нәрсені есептейтін бағдарламалардың ықтималдықтарының қосындысы. Осылайша, қарапайым түсіндірме – қысқа компьютерлік бағдарлама. Күрделі түсіндірме – ұзақ компьютерлік бағдарлама. Қарапайым түсіндірмелерге ие болу ықтималдығы жоғары, сондықтан жоғары ықтималды бақылау тізбегі қысқа компьютерлік бағдарламамен немесе көптеген сәл ұзын компьютерлік бағдарламалардың кез келгенімен жасалған. Төмен ықтималды бақылау тізбегі тек ұзақ компьютерлік бағдарламамен ғана жасалуы мүмкін. Алгоритмдік ықтималдық – Колмогоровтың күрделілік тұжырымымен тығыз байланысты. Колмогоровтың күрделілік тұжырымын енгізуге ақпарат теориясы және кездейсоқтық мәселелері себеп болды, ал Соломонов алгоритмдік күрделілікті басқа себеппен енгізді: индуктивті ойлау. Бейес ережесіндегі әрбір нақты алдын ала ықтималдықтың орнына қолданылатын жалғыз универсалды алдын ала ықтималдықты Соломонов Колмогоровтың күрделілігін қосалқы өнім ретінде ойлап тапты. Ол осы бақылаудың жалғасын болжап, осы жалғастың ықтималдығын анықтайды. Соломоновтың саналатын өлшемі белгілі бір күшті мағынада универсалды, бірақ есептеу уақыты шексіз болуы мүмкін. Бұл мәселені шешудің бір жолы – Леонид Левиннің іздеу алгоритмінің нұсқасы, ол мүмкін бағдарламалардың сәттілігін есептеу уақытын шектейді, ал қысқа бағдарламаларға көбірек уақыт беріледі. Ол ұзақ уақыт бойы орындалғанда, универсалды ықтималдық үлестіріміне жақындайтын жуықтаулар тізбегін жасайды. Мәселені шешудің басқа әдістеріне оқыту тізбектерін қосу арқылы іздеу кеңістігін шектеу кіреді. Соломонов осы үлестірудің тұрақты фактордың ішінде машиналық инвариант екенін дәлелдеді (инварианттық теорема деп аталады).

Интерпретация

Бұл Тьюринг толық тіліне қатысты жолдың табиғи бейнесі болып табылатын ең аз сипаттама. Сонымен қатар, оны одан әрі қысқарту мүмкін болмағандықтан, ол қысылмайтын, демек есептеуге келмейтін жол болып табылады. Бұл ғалымдардың кездейсоқтық туралы ұғымымен сәйкес келеді және Колмогоров күрделілігінің неге есептелмейтінін түсіндіреді. Осыдан кез келген дерек кездейсоқ жол түрінде қажетті және жеткілікті бейнеленуге ие екендігі шығады.

Интерпретация

Есептелетін Әлемде физикалық процесс арқылы туындаған кодтамасы бар құбылыстың ықтималдығы нақты анықталған және оның ерекше және тәуелсіз себептерінің ықтималдықтарының қосындысына тең. Алдын-ала кодталмаған критерий – нақты себеп-салдарлық тәуелсіздікті қамтамасыз етеді.

Тарих

Соломонов 1960 жыл шамасында алгоритмдік ықтималдық тұжырымдамасын және оған байланысты инварианттық теореманы ойлап тапты, осы туралы "Индуктивті шығарудың жалпы теориясы туралы алдын ала хабарлама" жариялады. Ол 1964 жылы "Индуктивті шығарудың формалды теориясы", I және II бөлімдерінде осы идеяларды толыққанды түсіндірді.