Ackermann函数的记忆

时间:2012-10-26 12:02:06

标签: haskell ghc ackermann

我想计算Ackermann函数的A(3, 20)值(参见维基百科),2^23 - 3 = 8388605使用Data.MemoCombinators。我的代码是:

{-# LANGUAGE BangPatterns #-}
import      Data.MemoCombinators as Memo

ack = Memo.memo2 Memo.integral Memo.integral ack'
    where
        ack' 0 !n = n+1
        ack' !m 0 = ack (m-1) 1
        ack' !m !n = ack (m-1) $! (ack m (n-1))

main = print $ ack 3 20

但它最终会出现堆栈溢出错误;-)它可以调整或计算链真的那么长甚至记忆都无法帮助吗?

3 个答案:

答案 0 :(得分:30)

Ackermann函数的一个要点是递归计算它会导致非常深的递归。

递归深度大约等于结果(取决于你如何计算,它或多或少的几个级别)没有meoisation。不幸的是,如果你根据呼叫树填写备忘表,那么备忘录并不会给你带来太大的好处。

让我们按照ack 3 2的计算:

ack 3 2
ack 2 $ ack 3 1
ack 2 $ ack 2 $ ack 3 0
ack 2 $ ack 2 $ ack 2 1
ack 2 $ ack 2 $ ack 1 $ ack 2 0
ack 2 $ ack 2 $ ack 1 $ ack 1 1
ack 2 $ ack 2 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 1 0
ack 2 $ ack 2 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 1    -- here's the first value we can compute and put in the map
ack 2 $ ack 2 $ ack 1 $ ack 0 2            -- next three, (0,2) -> 3, (1,1)->3 and (2,0)->3
ack 2 $ ack 2 $ ack 1 3                    -- need to unfold that
ack 2 $ ack 2 $ ack 0 $ ack 1 2
ack 2 $ ack 2 $ ack 0 $ ack 0 $ ack 1 1    -- we know that, it's 3
ack 2 $ ack 2 $ ack 0 $ ack 0 3            -- okay, easy (0,3)->4, (1,2)->4
ack 2 $ ack 2 $ ack 0 4                    -- (0,4)->5, (1,3)->5, (2,1)->5
ack 2 $ ack 2 5                            -- unfold
ack 2 $ ack 1 $ ack 2 4
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 2 3
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 2 2
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 2 1
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 2 0  -- we know that one, 3
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 3          -- that one too, it's 5
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 5                  -- but not that
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 1 4
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 $ ack 1 3  -- look up
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 5          -- easy (0,5)->6
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 6                  -- now (1,5)->7 is known too, and (2,2)->7
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 7
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 1 6
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 $ ack 1 5
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 7                  -- here (1,6)->8 becomes known
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 8                          -- and here (1,7)->9, (2,3)->9
ack 2 $ ack 1 $ ack 1 9
ack 2 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 1 8
ack 2 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 $ ack 1 7                  -- known
ack 2 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 9                          -- here we can add (1,8)->10
ack 2 $ ack 1 $ ack 0 10                                 -- and (1,9)->11, (2,4)->11
ack 2 $ ack 1 11
ack 2 $ ack 0 $ ack 1 10
ack 2 $ ack 0 $ ack 0 $ ack 1 9                          -- known
ack 2 $ ack 0 $ ack 0 11                                 -- (1,10)->12
ack 2 $ ack 0 12                                         -- (1,11)->13, (2,5)->13
ack 2 13
ack 1 $ ack 2 12
ack 1 $ ack 1 $ ack 2 11
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 2 10
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 2 9
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 2 8
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 2 7
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 2 6
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 2 5 -- uff
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 13
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 1 12
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 $ ack 1 11 -- uff
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 13         -- (1,12)->14
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 14          -- (1,13)->15, (2,6)->15
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 15
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 1 14
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 $ ack 1 13
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 15          -- (1,14)->16
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 16                  -- (1,15)->17, (2,7)->17
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 17
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 1 16
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 $ ack 1 15
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 17                  -- (1,16)->18
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 18                          -- (1,17)->19, (2,8)->19
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 19
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 1 18
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 $ ack 1 17
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 19                          -- (1,18)->20
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 20                                  -- (1,19)->21, (2,9)->21
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 1 21
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 1 20
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 $ ack 1 19                          -- known
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 21                                  -- (1,20)->22
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 $ ack 0 22                                          -- (1,21)->23, (2,10)->23
ack 1 $ ack 1 $ ack 1 23
ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 1 22
ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 $ ack 1 21                                  -- known
ack 1 $ ack 1 $ ack 0 $ ack 0 23                                          -- (1,22)->24
ack 1 $ ack 1 $ ack 0 24                                                  -- (1,23)->25, (2,11)->25
ack 1 $ ack 1 25
ack 1 $ ack 0 $ ack 1 24
ack 1 $ ack 0 $ ack 0 $ ack 1 23                                          -- known
ack 1 $ ack 0 $ ack 0 25                                                  -- (1,24)->26
ack 1 $ ack 0 26                                                          -- (1,25)->27, (2,12)-> 27
ack 1 27
ack 0 $ ack 1 26
ack 0 $ ack 0 $ ack 1 25
ack 0 $ ack 0 27
ack 0 28
29

因此,当您需要计算新的(尚未知道的)ack 1 n时,您需要计算两个新的ack 0 n,当您需要新的ack 2 n时,您需要两个新的ack 1 n,因此有4个新ack 0 n,这些都不太戏剧化。

但是当您需要新的ack 3 n时,您需要ack 3 (n-1) - ack 3 (n-2)个新ack 2 k。所有事情都告诉你,在计算ack 3 k之后,你需要计算2^(k+2) ack 2 n的新值,并且通过调用结构,这些是嵌套调用,所以你得到一堆{{ 1}}嵌套的thunk。

为避免嵌套,您需要重新构建计算,例如通过按2^(k+2)

的递增顺序强制新增所需的ack (m-1) k
k

允许计算以小堆栈运行(缓慢)(但它仍然需要大量的堆,似乎需要一个量身定制的备忘策略。)

仅为 ack' m 1 = ack (m-1) $! ack (m-1) 1 ack' m n = foldl1' max [ack (m-1) k | k <- [ack m (n-2) .. ack m (n-1)]] 存储ack m n,并将m >= 2评估为已记忆,从而减少了必要的内存,使计算ack 1 n使用少于1GB的堆完成(使用ack 3 20代替Int会使其运行速度提高两倍:

Integer

答案 1 :(得分:1)

如果您有足够的内存,请尝试increase stack size

$ ghc -O2 -rtsopts source.hs
$ ./source +RTS -K128M

答案 2 :(得分:0)

该函数是递归的,您正确实现了它。我想你只是触及堆栈的顶部。这并不奇怪,因为递归计数在m=3时呈指数增长。你不可避免地会用完堆栈。增加总内存将无济于事,除非您使用除递归之外的其他方法执行不同的实现。

所以要回答你的问题,你需要一些其他形式的记忆才能继续。或者至少你需要以非常不同的方式使用RAM。