自动化与人工智能结合 | Lean4中用递归定义的加法函数 Nat'add

文摘   2024-11-23 21:26   北京  



代码解读

def Nat'.add (n k : Nat') :=
match k with
| Nat'.zero => n
| .succ k' => Nat'.add (Nat'.succ n) k'

核心部分

  1. **def Nat'.add (n k : Nat')**:

  • n:自然数。
  • k:另一个自然数。
  • 定义了一个函数 add,作用于自定义自然数类型 Nat'
  • 参数:
  • 返回值是 Nat' 类型。
  • **match k with**:

    • 对参数 k 进行模式匹配,根据其构造形式执行不同的逻辑。
  • **| Nat'.zero => n**:

    • 如果 kNat'.zero(表示 0),直接返回 n,表示加法的递归基。
  • **| .succ k' => Nat'.add (Nat'.succ n) k'**:

    • n 加 1,变成 Nat'.succ n
    • k' 作为新的第二参数继续递归。
    • 如果 kNat'.succ k'(表示 k = succ(k'),即 kk' + 1),则递归调用 Nat'.add

    关键点:递归定义

    • 递归的基本思想是:
      • ( n + 0 = n ) (递归基)。
      • ( n + (k + 1) = (n + 1) + k ) (递归规则)。

    这在代码中由 match 分支处理:

    1. 基准情况Nat'.zero,直接返回 n
    2. 递归情况:将 k 分解为 Nat'.succ k',通过递归将问题简化。

    Nat' 的定义(推测)

    为了支持这段代码,Nat' 应该是一个自定义的自然数类型,类似以下定义:

    inductive Nat' where
    | zero : Nat' -- 表示 0
    | succ : Nat' → Nat' -- 表示后继(n + 1)

    例如:

    • Nat'.zero 表示 0。
    • Nat'.succ Nat'.zero 表示 1。
    • Nat'.succ (Nat'.succ Nat'.zero) 表示 2。

    加法逻辑示例

    假设我们用 Nat'.add 计算 ( 2 + 1 ),即:

    Nat'.add (Nat'.succ (Nat'.succ Nat'.zero)) (Nat'.succ Nat'.zero)

    执行步骤:

    1. k = Nat'.succ Nat'.zero

    • 进入递归:Nat'.add (Nat'.succ (Nat'.succ (Nat'.succ Nat'.zero))) Nat'.zero
  • k = Nat'.zero

    • 返回结果:Nat'.succ (Nat'.succ (Nat'.succ Nat'.zero))

    最终结果:

    • ( 2 + 1 = 3 ),即 Nat'.succ (Nat'.succ (Nat'.succ Nat'.zero))

    完整代码示例

    -- 定义 Nat' 自然数
    inductive Nat' where
    | zero : Nat'
    | succ : Nat' → Nat'

    -- 定义加法
    def Nat'.add (n k : Nat') :=
    match k with
    | Nat'.zero => n
    | .succ k' => Nat'.add (Nat'.succ n) k'

    -- 示例测试
    #eval Nat'.add (Nat'.succ (Nat'.succ Nat'.zero)) (Nat'.succ Nat'.zero)
    -- 应该输出 Nat'.succ (Nat'.succ (Nat'.succ Nat'.zero)),即 3

    总结

    1. 作用Nat'.add 是一个自定义的自然数加法函数,基于递归实现。
    2. 递归规则
    • ( n + 0 = n )。
    • ( n + (k + 1) = (n + 1) + k )。
  • **自定义类型 Nat'**:自然数的递归定义,使用 zerosucc 构造。
  •  😊

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