<strong>14</strong>.6. REKURSIVE UND PARTIELL-REKURSIVE FUNKTIONEN 212(ii) beschränktem µ-Operator:Ist g primitiv-rekursiv, so auch f mitf (⃗x,z) = µy < z (g(⃗x,y) = 0),wobei{das kleinste y < z mit R(⃗x,y) falls ein solches existiertµy < z R(⃗x,y) =zsonst.<strong>14</strong>.6 Rekursive <strong>und</strong> partiell-rekursive FunktionenEin Beispiel einer berechenbaren, aber nicht p.r. Funktion ist dieDie Ackermannsche Funktion:Diese ist eine 2-stellige Funktion, die durch die folgenden Gleichungen rekursivbestimmt ist:A(0,y) = y + 1A(x + 1,0) = A(x,1)A(x + 1,y + 1) = A(x,A(x + 1,y))Es handelt sich hier um eine doppelte Rekursion, trotzdem kann man leichtnachprüfen, daß sich jeder Wert A(x,y) von endlich-vielen “früheren” WertenA(u,v) mit u < x oder u = x ∧ v < y bestimmen läßt. Schreiben wir F n (m) <strong>für</strong>A(n,m), so erhalten wir:F 0 (m) = m + 1F 1 (m) = m + 2F 2 (m) ≈ 2mF 3 (m) ≈ 2 mF 4 (m) ≈ 2 2...2 (m − mal)Das bedeutet also, daß die ACKERMANNsche Funktion die Gr<strong>und</strong>rechenarteniteriert <strong>und</strong> insbesondere in der ersten Stelle (die die Anzahl der Iterationen angibt)
<strong>14</strong>.6. REKURSIVE UND PARTIELL-REKURSIVE FUNKTIONEN 213sehr schnell wächst. Tatsächlich majorisiert sie jede p.r. Funktion: Ist f eine k-stellige p.r. Funktion, so gibt es eine Zahl n mitf (x 1 ,...,x k ) ≤ F n (max(x 1 ,...,x k ))<strong>für</strong> alle x 1 ,...,x k . Somit kann die 2-stellige Funktion A nicht p.r. sein (obwohlandererseits alle F n p.r. sind!). Daß die ACKERMANNsche Funktion trotzdem berechenbarist, ersieht man daraus, daß sie aus einer p.r. Funktion erhalten werdenkann mittelsMinimalisierungR6 f (⃗x) ≃ µy (g(⃗x,y) ≃ 0),d. h. ⎧das kleinste y so daß⎪⎨(i) g(⃗x,z) definiert ist <strong>für</strong> alle z ≤ y <strong>und</strong>f (⃗x) =(ii) g(⃗x,y) = 0,falls ein derartiges y existiert,⎪⎩<strong>und</strong>efiniertsonst.Dieses Prinzip kann von totalen zu partiellen Funktionen führen (z. B. <strong>für</strong>g(x,y) = |x − y 2 |). Die Klasse R (oder C) aller rekursiven Funktionen ist diekleinste Klasse von Funktionen, die die Anfangsfunktionen enthält <strong>und</strong> abgeschlossenist unter Substitution, primitiver Rekursion <strong>und</strong> Minimalisierung. Manspricht mitunter auch von allgemein-rekursiven, µ-rekursiven Funktionen oder(auf Gr<strong>und</strong> der CHURCHschen These) von den berechenbaren Funktionen (C =computable functions). Von rekursiven Funktionen werden wir vorwiegend imFalle totaler berechenbarer Funktionen sprechen.Jede p.r. Funktion ist also auch eine rekursive Funktion (während die ACKER-MANNsche Funktion ein Beispiel <strong>für</strong> eine rekursive, aber nicht p.r. Funktion ist),<strong>und</strong> die Abschlußeigenschaften der p.r. Funktionen gelten (geeignet modifiziert<strong>für</strong> partielle Funktionen) auch <strong>für</strong> rekursive Funktionen.DefinitionEine zahlentheoretische Relation R ⊆ N k heißt primitiv-rekursiv bzw. rekursiv(oder auch: entscheidbar) gdw ihre charakteristische Funktion c R primitivrekursivbzw. rekursiv ist, wobei{1 falls R(⃗x),c R (⃗x) =0 sonst.