Введение
В ламбда-исчислении теорема Черча-Россера утверждает, что при применении правил редукции к термам порядок, в котором выбираются редукции, не влияет на конечный результат. Более точно, если к одному и тому же терму можно применить два различных способа редукции или последовательности редукций, то существует терм, достижимый из обоих результатов путем применения (возможно, пустых) последовательностей дополнительных редукций. Теорема была доказана в 1936 году Алонзо Черчем и Дж. Баркли Россером, в честь которых она и названа. Теорема символически представляется следующей схемой: если терм a может быть сведён как к b, так и к c, то должен существовать ещё один терм d (возможно, равный либо b, либо c), к которому можно свести и b, и c. Рассматривая ламбда-исчисление как абстрактную систему переписывания, теорема Черча-Россера утверждает, что правила редукции ламбда-исчисления обладают свойством сходимости. Как следствие этой теоремы, терм в ламбда-исчислении имеет не более одной нормальной формы, что оправдывает использование термина "нормальная форма" для данного нормализуемого терма.
История
В 1936 году Алонзо Черч и Дж. Баркли Россер доказали, что теорема верна для β-редукции в λI-исчислении (в котором каждая абстрагированная переменная должна встречаться в теле терма). Метод доказательства известен как "конечность развития", и он имеет дополнительные следствия, такие как теорема стандартизации, которая связана с методом, при котором редукции могут выполняться слева направо для достижения нормальной формы (если таковая существует). Результат для чистого нетипизированного лямбда-исчисления был доказан Д. Э. Шроером в 1965 году.
Нормализация
Правило редукции, удовлетворяющее свойству Черча-Россера, обладает свойством, что каждый терм M может иметь не более одной различной нормальной формы, а именно: если X и Y — нормальные формы M, то по свойству Черча-Россера они оба редуцируются к одному и тому же терму Z. Поскольку оба терма уже являются нормальными формами, то если редукция сильно нормализуема (отсутствуют бесконечные пути редукции), слабая форма свойства Черча-Россера влечет за собой полное свойство (см. лемму Ньюмана). Слабое свойство для отношения определяется следующим образом: если и , то существует терм такой, что и .
If a reduction is strongly normalising (there are no infinite reduction paths) then a weak form of the Church–Rosser property implies the full property (see Newman's lemma). The weak property, for a relation , is:
if and then there exists a term such that and .
Варианты
Теорема Черча-Россера также справедлива для многих вариантов лямбда-исчисления, таких как просто типизированное лямбда-исчисление, многие исчисления с развитыми системами типов и бета-исчисление Гордона Плоткина. Плоткин также использовал теорему Черча-Россера для доказательства того, что вычисление функциональных программ (как при ленивом, так и при нетерпеливом вычислении) является функцией из программ в значения (подмножество лямбда-термов). В более ранних исследовательских работах система переписывания считается обладающей свойством Черча-Россера, или говорят, что она является Черча-Россером, когда она является сходящейся.