From Wikipedia, the free encyclopedia
Grandaj nombroj estas nombroj, kiuj estas grave pli grandaj ol tiuj kiuj estas kutime uzitaj en ĉiutaga vivo, ekzemple en simpla nombrado aŭ en monaj transakcioj. La termino tipe signifas grandajn pozitivajn entjerojn, aŭ pli ĝenerale, grandajn pozitivajn reelajn nombrojn, sed ĝi povas ankaŭ esti uzata en aliaj ĉirkaŭtekstoj.
Tre grandaj nombroj ofte okazas en kampoj kiel matematiko, kosmologio kaj ĉifriko. Iam homoj epitetumas nombrojn kiel "astronomie grandaj". Tamen, facile eblas matematike difini nombrojn, kiuj estas multe pli grandaj ol tiuj uzataj eĉ en astronomio.
Scienca notacio estis kreita por trakti la larĝan gamon de valoroj kiuj okazas en scienca studo. 1,0 × 109, ekzemple, estas unu miliardo, 1 sekvita de naŭ nuloj: 1 000 000 000, kaj 1,0 × 10−9 estas unu miliardono, aŭ 0,000 000 001. Skribi kiel 109 anstataŭ naŭ nuloj ŝparas al legantoj la penon kaj hazardon de kalkulado de longa serio da nuloj por kompreni kiel granda estas la nombro.
Aldonado de 0 al la fino de nombro obligas ĝin per 10: 100 estas 10-oble 10. En scienca notacio, tamen, la eksponento nur pligrandiĝas je unu, de 101 al 102. Por nombroj en scienca notacio, malgrandaj ŝanĝoj en la eksponento signifas grandajn ŝanĝojn en la nombro mem.
Jen kruda regulo por konverti inter scienca notacio kaj potencoj de du, ĉar komputilo-rilataj kvantoj estas ofte komencitaj en potencoj de du. Notu, ke 103 = 1000 estas tre proksimume egala al 210 = 1024. Ĉi tio permesas rapide konverti inter potencoj de dek kaj potencoj de du. Ekzemple, 220 estas proksimume 106 = 1 000 000, kaj 230 estas proksimume 109 = 1 000 000 000. Iuj aliaj ekzemploj:
Sed notu, ke tiu proksimuma kalkulado perdas unu faktoron de 2 por ĉiu 292. Pro tio,
Ekzemploj de grandaj nombroj priskribantaj ĉiutagajn real-mondajn objektoj estas:
Aliaj grandaj nombroj troviĝas en astronomio kaj kosmologio, ekzemple:
Pri astronomiaj nombroj rilataj al distanco kaj tempo, vidu en:
Aliaj ekzemploj estas donitaj en ordoj de grandeco (nombroj).
Kombinaj procezoj rapide generas eĉ pli grandajn nombrojn. La faktoriala funkcio, kiu difinas la nombron de permutoj sur aro de donitaj objektoj kreskas tre rapide kun la kvanto de objektoj. La formulo de Stirling donas precizan asimptotan esprimon por tiu kresko.
Kombinaj procezoj generas tre grandajn nombrojn en statistika mekaniko. Tiuj nombroj estas tiel grandaj, ke ili estas tipe menciataj nur per siaj logaritmoj.
Nombroj de Gödel, kaj similaj nombroj uzataj por prezenti bit-ĉenojn en algoritma informa teorio estas tre grandaj, eĉ por matematikaj propozicioj de modera longo. Tamen, iuj malnormalaj ("patologiaj") nombroj estas eĉ pli grandaj ol la nombroj de Gödel de tipaj matematikaj propozicioj.
La leĝo de Moore, por paroli ĝenerale, taksas, ke komputiloj duobliĝas en rapido dum proksimume ĉiuj 18 monatoj. Ĉi tiu iam kondukas homojn kredi, ke eble, komputiloj estos kapablaj solvi ian ajn matematikan problemon, ne grave kiel malsimpla. Sed tio malveras; komputiloj estas fundamente limigitaj per la limigoj de fiziko, kaj certaj superaj baroj al tio kion oni povas atendi povas laŭkaŭze esti formulitaj. Ankaŭ, estas certaj teoriaj rezultoj kiuj montras, ke iuj problemoj estas esence preter la atingo de plena komputa solvo, ne grave kiel pova aŭ rapida estas la kalkulado; vidu en N-korpa problemo.
Inter 1980 kaj 2000, la tipaj ampleksoj de fiksitaj diskoj pligrandiĝis de proksimume 10 megabitokoj (1×107) ĝis proksimume 100 gigabitokoj (1011 bitokoj). 100 gigabitoka disko povas stori la antaŭnomojn de ĉiuj el la ses miliardoj da loĝantoj de la Tero sen uzo de datuma kunpremo. Sed kio pri vortaro-sur-disko storanta ĉiujn eblajn pasvortojn enhavantajn ĝis 40 signojn? Premisante ke ĉiu signo egalas unu bitokon, estas ĉirkaŭ 2320 ĉi tiaj pasvortoj, kiu estas proksimume 2×1096. Referaĵo [2] rimarkigas, ke, se ĉiu partiklo en la universo povus esti uzata kiel parto de giganta komputilo, ĝi povus stori nur proksimume 1090 bitojn, malpli ol unu miliononon de la amplekso kiun postulus la vortaro.
Kompreneble, eĉ se komputiloj ne povas stori ĉiujn eblajn 40-signajn ĉenojn, ili tamen povas facile esti programitaj por ekkreadi kaj elmontradi ilin unuope. Tiel longe kiel ni ne provas stori ĉiun eligon, nia programo povis kuri nedefinite. Premisante ke moderna persona komputilo povas eligi po 1 miliardo ĉenojn je sekundo, ĉi tio prenus unu miliardonon de 2×1096 sekundoj, aŭ 2×1087 sekundojn por plenumi la taskon, kio egalas ĉirkaŭ 6 × 1079 jarojn. Por kontrasto, la universo estas taksita al aĝi 13,7 miliardon (1,37×1010) jarojn. Kompreneble, komputiloj supozeble daŭros plirapidiĝi, sed la sama referaĵo menciita antaŭe taksas, ke la tuta universo funkcianta kiel grandega komputilo povis jam plenumi nur apenaŭ 10120 operaciojn ekde la praeksplodo. Tio estas sufiĉas por montri ĉiujn 40-signajn pasvortojn, sed komputadi ĉiujn 50-signajn ĉenojn superus la taksitan komputan potencialon de eĉ la tuta universa mem.
Problemoj kiel ĉi tiu pli supre priskribita kreskas eksponente en la kvanto de paŝoj kiujn ili postulas, alivorte ili estas problemoj de eksponenta tempo. Estas kaŭzo kial eksponente malfacilaj problemoj estas konsiderataj kiel netrakteblaj en komputiko: por eĉ malgrandaj nombroj kiel la 40 aŭ 50 signoj kiel en la ekzemplo, la kvanto de paŝoj de komputado postulita superas eĉ teoriajn limigojn pri homara komputa kapablo. La tradicia divido inter "facilaj" kaj "pezaj" problemoj estas tial farita inter programoj kiuj postulas kaj kiuj ne postulas eksponente pligrandiĝantajn rimedojn por plenumiĝi, vidu plu en komplikecaj klasoj P kaj NP.
Tamen, ne postuli eksponente pligrandiĝantajn rimedojn ne sufiĉas por garantii komputeblecon en praktiko – ekz. estas multaj algoritmoj de polinoma kresko kies ciferecaj parametroj estas tiel grandaj ke ili estas praktike neuzeblaj. (?)
Tiaj limigoj estas avantaĝo en ĉifriko, ĉar iu ajn ĉifro-rompanta maniero postulanta pli ol, oni diru, la 10120 operaciojn menciitajn antaŭe neniam fareblos. Kompreneble, multaj ĉifroj jam estas rompitaj per trovo de kompetentaj teknikoj kiuj postulas nur modestajn kvantojn de komputado kaj ekspluatas malfortecon nekonatan por la ĉifra dizajnisto. Ankaŭe, multaj esploroj tra ĉiuj branĉoj de komputiko fokusas super trovi novajn, kompetentajn, bonrendimentajn solvojn al problemoj, kiuj laboras kun multe malpli grandaj rimedoj ol estas postulitaj de naiva solvado. Ekzemple, unu maniero trovi la plej grandan komunan divizoro inter du 1000-ciferaj nombroj estas komputi ĉiujn iliajn faktorojn per prov-dividado. Tiu postulus 2×10500 divid-operaciojn, tro multaj por esti reale farataj. Sed la eŭklida algoritmo, uzante multe pli kompetentan teknikon, prenas nur proksimume 7000 operaciojn por trovi plej grandan komunan divizoron de eĉ ĉi tiaj gigantaj nombroj.
Kiel ĝenerala regulo, tipa komputilo en 2005 povas plenumi 240 kalkulojn en kelkaj minutoj. Kelkaj miloj komputiloj laborantaj por kelkaj jaroj povus solvi problemon postulantan 264 kalkulojn, sed neniu kvanto da tradiciaj komputiloj solvos problemon postulantan 2128 operaciojn (kiu estas proksimume kvanto postulata por rompi la 128-bitan SSL kutime uzatan en TTT-legiloj, alprenante ke la subkuŝantaj ĉifroj restos sekuraj). Limigoj al komputila memoro estas kompareblaj. Kvantumaj komputiloj eble povos igi certajn problemojn fareblajn, sed ĝis 2005 tio ankoraŭ ne aspektas kiel baldaŭa afero.
La tuteca kvanto de presita materialo en la mondo estas krude 1,6×1018 bitoj; pro tio la tuta enhavo povas esti prezentita per nombro kiu estas krude
Por "potenca turo", la plej taŭga por la valoro estas la alto kaj la lasta kelkaj valoroj. Komparu kun gugloplekso:
Ankaŭ komparu:
La unua nombro estas multe pli granda ol la dua, pro la pli granda alto de la potenca turo, kaj malgraŭ la malgrandaj nombroj 1,1 (tamen, se ĉi tiuj nombroj estas 1 aŭ malpli grandaj, ĉi tio grande ŝanĝas la rezulton). Komparante la grandecon de ĉiu sekva eksponento en la lasta nombro kun , oni trovas diferencon en la grandeco de efiko sur la fina eksponento. En la nombro 3000,48, la fina eksponento, la entuta grandeco de la fina eksponento estas donacita de la 2-a eksponento (1000). La 1-a eksponento nur aldonas faktoron 3 al la mikso (1000×3). La baza nombro nur aldonas faktoron 1,00016 en la fina eksponento (1000×3×1,00016=3000,48). Tio klare montras la gravecon de la plej alta eksponento en la turo.
Normigita maniero skribi tre grandajn nombrojn permesas al ili esti facile ordigitaj en pligrandiĝanta ordo, kaj oni povas akiri bonan ideon pri kiom pli granda iu nombro estas ol alia.
Supereksponento kun bazo 10 povas esti uzata por tre rondigitaj nombroj, ĉiu prezentanta ordon de grandeco en ĝenerala senco.
Nombroj interajn povas esti esprimitaj per potenca turo de nombroj 10, kun normala nombro ĉe la supro, eble en scienca notacio, ekz. , nombro inter kaj (se la eksponento ĉe la supro estas inter 10 kaj , kiel ĉi tie, la nombro kiel la 7 estas la alto).
Se la alto estas tro granda por tutskribi la tutan potencan turon, notacio kiel povas esti uzata, kie estas la funkcia potenco de la funkcio .
Diversaj nomoj estas uzataj por tiu prezento:
La notacio estas en askio ((10^)^183)3,12e6, proponita plisimpligo estas 10^^183@3,12e6; la notacioj 10^^1@3,12e6 kaj 10^^0@3,12e6 estas ne bezonataj, oni povas simple skribi kiel 10^3,12e6 kaj 3,12e6 respektive.
Tial gugloplekso = 10^^2@100 = 10^^3@2 = 10^^4@0,301; la notacio povas esti elektita por ĉiu aparte nombro, aŭ ĉiuj nombroj elektita same. En la lasta okazo kompari nombrojn estas iom pli simple. Ekzemple, kompari nombrojn 10^^2@23,8 kun 10^6e23 postulas la malgrandan kalkuladon 10^0,8=6,3 por vidi, ke la unua nombro estas pli granda.
Por normigi la limigon de la supra valoro (post la @), oni povas elekti unu el la limigoj 0 ... 1, 1 .... 10, aŭ 10 ... 1e10:
Alia ekzemplo:
La ordo aŭ pli precize grandoordo de nombro (sur pli granda skalo ol kutime), povas esti karakterizita per la kvanto de fojoj n kiun oni devas ripete preni la logaritmon por ricevi nombron inter 1 kaj 10. Tiam la nombro estas inter kaj . Simila al ĉi tio estas funkcio ripetita logaritmo.
Estas propraĵo:
Kio estas, se nombro x estas prezentata kiel oni povas fari la potencan turon je 1 etaĝo pli altan kaj anstataŭi la valoron x per .
Se la alto de la turo ne estas akurate donita tiam doni valoron ĉe la supro ne havas sencon, kaj notacio kiel povas esti uzata.
Se la valoro post la duopa sago mem estas tre granda nombro, la formulo pli supre povas rekure esti aplikita al la valoro.
Ekzemploj:
Por nombro 10n, ĉiu unuo de ŝanĝo de n ŝanĝas la rezulton per faktoro 10. Estu ekzemple nombro , kaj estu la 8,2 la rezulto de rondigo al plej proksima, do la preciza valoro estas inter 8,15 kaj 8,25. Tiam la vera valoro de la eksponento povas esti je 50 malpli aŭ 50 pli. Do la preciza rezulto povas esti per faktoro 1050 pli granda aŭ pli malgranda. Tiu estas kvazaŭe ege malbona akurateco, sed por ĉi tiaj grandaj nombroj ĝi povas esti konsiderata kiel normala, granda eraro en granda nombro povas esti relative malgranda kaj pro tio akceptebla.
Kun ege grandaj nombroj, la relativa eraro povas esti granda, ankoraŭ povas esti senco laŭ kiu ni bezonas konsideri la nombrojn kiel "proksima je grandeco". Ekzemple, estu
La relativa eraro estas
sufiĉe granda. Tamen, oni povas ankaŭ konsideri la relativan eraron en la logaritmoj; en ĉi tiu kazo, la logaritmoj (je bazo 10) estas 10 kaj 9, do la relativa eraro estas nur 10%.
La fakto estas, ke eksponentaj funkcioj grande pligrandigas relativajn erarojn – se a kaj b havas malgrandan relativan eraron,
ne povas havi malgrandan relativan eraron, kaj
havas ankoraŭ pli grandan relativan eraron. La demando tiam iĝas: sur kiu nivelo de ripetitaj logaritmoj oni deziru kompari du nombrojn? Estas senco en kiu oni eble bezonas konsideri nombrojn
kiel "proksimaj je grandeco". La relativa eraro inter ĉi tiuj du nombroj estas granda, kaj la relativa eraro inter iliaj logaritmoj estas ankoraŭ granda; tamen, la relativa eraro inter iliaj dua-ripetitaj logaritmoj (logaritmoj de logaritmoj) estas malgranda:
Tiaj komparoj de ripetitaj logaritmoj estas kutima ekzemple en analitika nombroteorio.
Estas iuj ĝeneralaj reguloj pri la kutimaj aritmetikaj operacioj plenumitaj sur tre grandaj nombroj:
Do:
La diligenta kastora funkcio Σ estas ekzemplo de funkcio kiu kreskas pli rapide ol iu ajn komputebla funkcio. Ĝia valoro por eĉ relative malgranda enigo estas giganta. La valoroj de Σ(n) por n = 1, 2, 3, 4 estas 1, 4, 6, 13. Σ(5) estas ne sciata sed estas definitive ≥ 4098. Σ(6) estas almenaŭ 1.29×10865.
Kvankam ĉiuj ĉi tiuj nombroj pli supre estas tre grandaj, ili estas ĉiuj ankoraŭ finiaj. Iuj kampoj de matematiko difinas nefiniajn kaj transfiniajn nombrojn. Ekzemple, (vidu alef-nula) estas la kardinalo de la nefinia aro de naturaj nombroj, kaj alef-unua estas la sekva plej malgranda kardinalo. estas la kardinalo de la reelaj nombroj. La propozicio ke estas nomata la kontinuumo-hipotezo.
Vidi ankaŭ:
Iuj notacioj por ege grandaj nombroj:
Ĉi tiuj notacioj estas esence funkcioj de entjeraj variabloj (kvankam iuj el ili estas ĝeneraligitaj al reelaj variabloj), kiuj pligrandiĝas tre rapide kun ĉi tiuj variabloj. Iam pli rapide pligrandiĝantaj funkcioj povas facile esti konstruitaj rekursie per apliki ĉi tiujn funkciojn kun grandaj entjeroj kiel argumento.
Notu, ke funkcio kun vertikala asimptoto estas ne helpema difini tre grandan nombron, kvankam la funkcio pligrandiĝas tre rapide: oni devas difini argumenton tre proksime al la asimptoto, kio estas uzi tre malgrandan nombron, kaj konstrui tion estas ekvivalentas konstrui tre grandan nombron, ekzemple per la inverso.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.