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能通俗地解釋一下TREE(3)嗎?

2024-03-27心靈

TREE(3)有多大這個問題其實知乎上已經有很多回答了,我本人也回答過,但是由於 A^{A(187196)}(1) 這個離譜的東西再一次被拿出來,所以我決定再回答一次。

先說結論: A^{A(187196)}(1) 和 TREE(3) 毫無關系,前者是後者的下界是一個在簡中互聯網廣為流傳的謠言。

要是實在摳字眼也算對,畢竟 TREE(3) 確實大於 A^{A(187196)}(1) ,不過要這麽算的話,1也是 TREE(3) 的下界,畢竟 TREE(3) 也大於1。 A^{A(187196)}(1) 在作為 TREE(3) 下界時,和1沒有區別,都毫無意義,因為 TREE(3) 早就已經有了遠好過它們的下界。

下面我將用兩個工具表示出 TREE(3) 的一個較好的下界。註意:本文下面所介紹的只是這兩種工具「使用方法」,並不是它們的正確定義,我們只需要知道怎麽用就可以了。

第一個工具叫做 FGH(Fast~~Grow~~Hierarchy) ,即快速增長層級。它是一系列函式:

f_0(n)=n+1\\ f_{α+1}(n)=f_α(f_α(f_α(..f_α(n))))←n層\\ 最基礎的是 f_0(n)=n+1 ,它就是讓自變量加一:

f_0(0)=0+1=1\\ f_0(1)=1+1=2\\ f_0(2)=2+1=3\\ f_0(3)=3+1=4\\ f_0(100)=100+1=101\\ 而第二條就是它的增長方法,這時有人可能疑惑:函式下標上的這個 α 是個什麽東西?

α 是一個序數,可以是後繼序數也可以是極限序數,但是這裏我們不探討這二者,也不用管這個定義,只是為了使用 FGH 的話,我們可以簡單粗暴的將 α 看做「一坨東西」的簡寫。

比如在 f_{5}(n)=f_{4+1}(n) 中, α 就是4

在 f_{100×114514-1919810+4396^{777}+1}(n) 中,α就是 100×114514-1919810+4396^{777}

在 f_{@$^\&!+1}(n) 中,α就是 @$^\&! ——至於「 @$^\&! 」這坨我隨便亂寫的鬼畫符是什麽並不重要,who cares?

於是根據第二條的定義,我們就有了:

f_{5}(n)=f_{4+1}(n)=f_{4}(f_{4}(f_{4}(..f_{4}(n))))\\ f_{100×114514-1919810+4396^{777}+1}(n)=f_{100×114514-1919810+4396^{777}}(f_{100×114514-1919810+4396^{777}}(...f_{100×114514-1919810+4396^{777}}(n)))\\ f_{@$^\&!+1}(n)=f_{@$^\&!}(f_{@$^\&!}(f_{@$^\&!}(...f_{@$^\&!}(n))))\\ 對,即便 α 是一坨不知道什麽玩意兒的鬼畫符,我們也可以直接將其展開成套娃。而展開的層數,或者說套娃的層數,就是自變量n,n是多大,就有多少層:

f_1(2)=f_{0+1}(2)=f_0(f_0(2))=f_0(3)=4\\ f_1(3)=f_{0+1}(3)=f_0(f_0(f_0(3)))=f_0(f_0(4))=f_0(5)=6\\ f_1(5)=f_0(f_0(f_0(f_0(f_0(5)))))=10\\ f_2(3)=f_1(f_1(f_1(3)))=f_1(f_1(f_0(f_0(f_0(3))))=f_1(f_1(6))=f_1(12)=24\\ f_3(3)=f_2(f_2(f_2(3)))=f_2(f_2(24))=f_2(f_1(f_1(f_1(...f_1(24)))))←24層f_1\\ ~~~~~~~~~=f_2(24×2^{24})=f_1(f_1(f_1(...f_1(24×2^{24}))))←24×2^{24}層f_1\\ ~~~~~~~~~=24×2^{24}×2^{24×2^{24}}

於是這樣,我們可以有無數個函式,每一個我們都可以算出它是多大,並且我們可以發現,比起讓自變量n增長,讓函式的下標增長是一個相當厲害的東西,: f_0(3) 只是4, f_1(3) 只是6, f_2(3) 只是24,而 f_3(3) 就已經是一個非常巨大的數位了,可以想象 f_4(3) 有多大。

【這裏給出一個結果:葛立恒數的 G(1) ,它約等於 f_5(3) 】

於是,為了讓函式的下標增長的更快,我們在下標上引入一個新的東西: \omega

它是第一個極限序數,是1+1+1+1....加無限次的結果,代表全體自然數的上界——太復雜了,我們只是要用它來算數而已,我們不用管它到底是什麽東西,Nobody cares~

和之前的 α 一樣,我們就把它當做一個符號,它的作用是在下標無法被展開時「變成自變量」,來看看例子吧!

f_\omega(3)=f_{3}(3)\\ f_\omega(5)=f_{5}(5)\\ f_\omega(100)=f_{100}(100)\\ f_\omega(114514)=f_{114514}(114514)\\ 而當它套娃時,我們就要註意「自變量」到底是什麽了: f_\omega(f_\omega(3)) ,最右邊的 \omega ,它的自變量是3。但左邊這個 \omega 呢?它的自變量可不是3,而是 f_\omega(3)=f_3(3) ,所以左邊這個 \omega 會變成 f_3(3) ,也就是:f_\omega(f_\omega(3))=f_\omega(f_3(3))=f_{f_3(3)}(f_3(3))\\

這樣,我們就實作了我們引入 \omega 的目標:讓函式下標增大——把上一個函式的計算結果當做下標輸入給下一個函式,這不比「加一加一加一」地增加下標快多了?

【這裏給出第二個結果: A(187196) 的這個A函式有 A(n)≈f_\omega(n) 】

別忘了,函式下標上的 α 可以代指任何東西,它當然也可以代指 \omega ,於是我們自然可以有 \omega+1 這樣的東西,我們給 \omega 加了1。它要怎麽展開呢?難道 f_{\omega+1}(3)=f_{3+1}(3)=f_{4}(3)?

當然不是,讓我們回看 \omega 的作用,它並不是在任何情況下都變成自變量而是在「下標無法被展開時」變成自變量。 \omega+1 顯然可以展開,它就是:

f_{\omega+1}(n)=f_{\omega}(f_{\omega}(f_{\omega}(...f_{\omega}(n))))\\ 當然,自變量是多少,就展開多少層,不止現在是這樣,以後所有我們需要展開的時候,都是「自變量是多少,就展開多少層」。

於是我們有了結論: f_{\omega+1}(3)≠f_{3+1}(3)=f_{4}(3) ,它是

f_{\omega+1}(3)=f_{\omega}(f_{\omega}(f_{\omega}(3)))\\ 【這裏給出第三個結果:葛立恒數 G(64)≈f_{\omega+1}(64) 】

既然我們有了 \omega+1 ,自然也可以有 \omega+2、\omega+3、\omega+4... 等等一系列東西,它們都可以像上面那樣被展開計算:

f_{\omega+2}(3)=f_{\omega+1}(f_{\omega+1}(f_{\omega+1}(3)))\\ f_{\omega+3}(2)=f_{\omega+2}(f_{\omega+2}(2))\\ f_{\omega+4}(4)=f_{\omega+3}(f_{\omega+3}(f_{\omega+3}(f_{\omega+3}(4))))\\ 【這裏給出第四個結果: A^{A(187196)}(1)≈f_{\omega+1}(f_\omega(187196))<f_{\omega+1}(f_{\omega+1}(3)) 】

我們一直給 \omega 「加一」,直到這樣的盡頭,它會是......沒錯, \omega+\omega=\omega×2

就像 f_{\omega+1}(n)≠f_{n+1}(n) 一樣, f_{\omega×2}(n) 自然也不是 f_{n×2}(n) ,而是:

f_{\omega×2}(n)=f_{\omega+\omega}(n)=f_{\omega+n}(n)\\ 就像之前一樣,它也可以被加一:

f_{\omega×2+1}(n)=f_{\omega×2}(f_{\omega×2}(f_{\omega×2}(...f_{\omega×2}(n))))\\ f_{\omega×2+1}(3)=f_{\omega×2}(f_{\omega×2}(f_{\omega×2}(3)))=f_{\omega×2}(f_{\omega×2}(f_{\omega+\omega}(3)))\\ ~~~~~~~~~~~~~~~~=f_{\omega×2}(f_{\omega×2}(f_{\omega+3}(3)))=f_{\omega×2}(f_{\omega×2}(f_{\omega+2}(f_{\omega+2}(f_{\omega+2}(3)))))=......\\ 可以看到, f_{\omega×2+1}(3) 這個數位已經相當可怕了, A^{A(187196)}(1) 連上面最內層的 f_{\omega+2}(3) 都打不過,而三層 f_{\omega+2} 算完之後的大麥克數位,會被第二個 \omega×2 拿去「變身」,假如我們設這個大麥克數位是"臥槽",那麽就有:

f_{\omega×2+1}(3)=f_{\omega×2}(f_{\omega×2}(臥槽))=f_{\omega×2}(f_{\omega+\omega}(臥槽))=f_{\omega×2}(f_{\omega+臥槽}(臥槽))\\ 然而,最外面還有一層 \omega×2 ......

讓我們繼續,因為能加一,就肯定能一直加,就肯定會有這樣的東西出現: \omega×3=\omega×2+\omega

自然也可以把它當做下標丟進 FGH 裏:

f_{\omega×3}(n)=f_{\omega×2+\omega}(n)=f_{\omega×2+n}(n)\\ 於是...... \omega×3+1 說,你好:

f_{\omega×3+1}(3)=f_{\omega×3}(f_{\omega×3}(f_{\omega×3}(3)))\\ ~~~~~~~~~~~~~~~~=f_{\omega×3}(f_{\omega×3}(f_{\omega×2+\omega}(3)))\\ ~~~~~~~~~~~~~~~~=f_{\omega×3}(f_{\omega×3}(f_{\omega×2+3}(3)))\\ ~~~~~~~~~~~~~~~~=f_{\omega×3}(f_{\omega×3}(f_{\omega×2+2}(f_{\omega×2+2}(f_{\omega×2+2}(3)))))\\ ~~~~~~~~~~~~~~~~=......

我說停停,不要再算了,要壞掉了。

到這裏,聰明的小夥伴肯定已經發現了,我們可以把 \omega 當做一個特殊的數位計算:

1+1+1+1...加無限次,就是ω。

ω+1+1+1+1....加無限次,就是ω+ω=ω×2。

ω×2+1+1+1+1...加無限次,就是ω×2+ω=ω×3。

ω×3+1+1+1+1...加無限次,就是ω×3+ω=ω×4。

於是這樣重復無限次,就有了ω×ω=ω^2,反正咱們把它當數位算,這很合理.jpg

還沒完呢,咱們可以繼續加:

ω^2+1+1+1...加無限次,就是ω^2+ω。

ω^2+ω+1+1+1...加無限次,就是ω^2+ω+ω=ω^2+ω×2。

直到再來一輪無限次的重復,就有了ω^2+ω^2=ω^2×2。

順著這樣操作,ω^2×3,ω^2×4...都會自然出現,在它們的最後,是ω^2×ω=ω^3。

繼續這樣一直操作,我們還可以有ω^4、ω^5....而在它們的最後,是ω^ω。

當然這還依然沒有結束,ω^ω還可以繼續操作,ω^ω+1一樣是可以的。不僅可以+1,還可以乘2:ω^ω×2,還可以乘ω:ω^ω×ω= ω^{ω+1} ......直到ω的指數也變成了ω^ω: ω^{ω^ω}

直到ω指數上的ω的指數也變成了ω^ω: ω^{ω^{ω^ω}} ,直到ω的指數疊加了ω層......

為什麽我要說這些呢?因為順著走這條路,我們可以一直往上爬得到非常巨大的ω的運算,而把它們丟進 FGH 裏展開時,需要將它們拆開,也就相當於逆著走這條路。來看看例子吧!

f_{ω^3}(3)=f_{ω^2×\omega}(3)=f_{ω^2×3}(3)=f_{ω^2×2+ω^2}(3)=f_{ω^2×2+ω×\omega}(3)=f_{ω^2×2+ω×3}(3)=f_{ω^2×2+ω×2+\omega}(3)=f_{ω^2×2+ω×2+3}(3)=f_{ω^2×2+ω×2+2+1}(3)

隨著我們讓 \omega 不斷地變成自變量,我們最後一定總是會得到 α+1 這樣的形式,我們就可以用 FGH 的第二條規則來展開,就比如上面的例子中, α 就是 ω^2×2+ω×2+2 。

更復雜的例子一樣可以像這樣透過讓 \omega 不斷變成自變量來得到 α+1 的形式:

f_{\omega^{\omega^{\omega}}}(3)=f_{\omega^{\omega^{3}}}(3)=f_{\omega^{\omega^{2}×\omega}}(3)=f_{\omega^{\omega^{2}×3}}(3)...參考上面的展開例子,有原式=f_{\omega^{ω^2×2+ω×2+3}}(3)=f_{\omega^{ω^2×2+ω×2+2}×\omega}(3)...這一步或許有的朋友看不太懂,這是因為:\\\omega^{α+1}=\omega^α×\omega,在這裏α=ω^2×2+ω×2+2,於是我們可以繼續:\\ 原式=f_{\omega^{ω^2×2+ω×2+2}×3}(3)=f_{\omega^{ω^2×2+ω×2+2}×2+\omega^{ω^2×2+ω×2+2}}(3)=......

我再說停停, \omega^{\omega^{\omega}} 這個東西已經足夠大了,即便自變量只取3,要想把它變成 α+1 的形式也要寫上好久了。這個數位的結果已經是葛立恒數和 A^{A(187196)}(1) 望塵莫及的了,事實上,即便是 f_{\omega^3}(3) ,對這兩者來說也一樣是望塵莫及。

但是,想要表示 TREE(3) 的一個較好下界,我們還得繼續。

剛才,我們得到的最大的東西是一個 \omega 的無限層指數塔,也就是 \omega^{\omega^{\omega^{.^{.^{.^{\omega}}}}}} 這樣的一個東西。那不如......咱們想個辦法,讓這個指數塔的層數也可以隨著自變量的增加而增加?

於是就引出了我們的第二個工具: OCF ,它的中文名字可以叫「序數塌縮函式」,聽起來不明覺厲,所以咱們也不管它本來的定義與規則是咋樣的,反正,又不是不能用.jpg

OCF 是類似這樣的東西: \psi(α) 。同樣地,這裏的 α 也是代指任何東西。和 FGH 一樣,我們也需要知道如下兩個規則:

1、\psi(0)=\omega^{\omega^{\omega^{.^{.^{.^{\omega}}}}}}\\ 2、\psi(α+1)=\psi(α)^{\psi(α)^{\psi(α)^{.^{.^{.^{\psi(α)}}}}}}

有了這兩個規則,我們就可以把它丟進 FGH 裏當做函式的下標來展開計算了,同樣地, OCF 的展開咱們也是遵循「自變量是多大就展開多少層」這個規則:

f_{\psi(0)}(3)=f_{\omega^{\omega^\omega}}(3)\\ f_{\psi(0)}(5)=f_{\omega^{\omega^{\omega^{\omega^\omega}}}}(5)\\ f_{\psi(0)}(10)=f_{\omega^{\omega^{\omega^{\omega^{\omega^{\omega^{\omega^{\omega^{\omega^{\omega}}}}}}}}}}(10)\\ f_{\psi(0)}(100)=f_{\omega^{\omega^{總之這裏一共有100層}}}(100)

同樣地,咱們也可以把一個 OCF 的運算式,也就是 \psi(...) 這樣的東西看做 α ,然後給它做和 \omega 一樣的運算。事實上,聰明的朋友在看到 OCF 的第二條規則時,肯定就已經想到這一層了。能運算,就能展開:

f_{\psi(0)+1}(n)=f_{\psi(0)}(f_{\psi(0)}(f_{\psi(0)}(...f_{\psi(0)}(n))))\\ f_{\psi(0)+\omega}(n)=f_{\psi(0)+n}(n)\\ f_{\psi(0)×2}(n)=f_{\psi(0)+\psi(0)}(n)=f_{\psi(0)+\omega^{\omega^{\omega^{.^{.^{.^{\omega}}}}}}}(n)\\ f_{\psi(0)×\omega}(n)=f_{\psi(0)×n}(n)\\ f_{\psi(0)^2}(n)=f_{\psi(0)×\psi(0)}(n)=f_{\psi(0)×\omega^{\omega^{\omega^{.^{.^{.^{\omega}}}}}}}(n)\\ f_{\psi(0)^{\omega}}(n)=f_{\psi(0)^n}(n)\\ f_{\psi(0)^{\psi(0)}}(n)=f_{\psi(0)^{\omega^{\omega^{\omega^{.^{.^{.^{\omega}}}}}}}}(n)\\

想象一下 f_{\psi(0)+1}(3)=f_{\psi(0)}(f_{\psi(0)}(f_{\psi(0)}(3))) ,僅僅是 f_{\psi(0)}(3)=f_{\omega^{\omega^{\omega}}}(3) ,3層 \omega 的指數塔已經是一個遠遠超越葛立恒數和 A^{A(187196)}(1) 的數位了,而它卻僅僅是 f_{\psi(0)+1}(3) 展開的第二層裏,那個 \psi(0) 會變成的 \omega 的指數塔的層數!更別提第二層之外還有第三層,這還僅僅只是 \psi(0)+1 ,TREE(3) 的深淵才剛剛起步......

我們在上面寫了 \psi(0)^{\psi(0)} 這樣的東西,根據 OCF 第二條規則,我們自然知道, \psi(0) 的無限層指數塔就是 \psi(1) ,把它丟進 FGH 裏,我們就可以用自變量的大小當做 \psi(0) 的指數塔層數,而每一個 \psi(0) 又都是 \omega 的指數塔堆砌而成的:

f_{\psi(1)}(3)=f_{\psi(0)^{\psi(0)^{\psi(0)}}}(3)=f_{\psi(0)^{\psi(0)^{\omega^{\omega^\omega}}}}(3)=f_{\psi(0)^{\psi(0)^{\omega^{\omega^3}}}}(3)=......

到這裏我已經失去了想象每一個數位間差距的能力,或者說早就失去了。 f_{\psi(1)}(4) 和 f_{\psi(1)}(3) 之間究竟差了多遠?無法想象。

【但有趣的是,我們又可以說, f_{\psi(1)}(4) 和 f_{\psi(1)}(3) 是基本相等的。因為你看,他們只不過是一個自變量取3一個自變量取4而已呀,後面還有5、6、7、8...乃至 f_{\psi(1)}(3) 本身呢。而且就算再套兩次娃,達到 f_{\psi(1)+1}(3) ,好像 \psi(1) 和 \psi(1)+1 也沒什麽區別呀?畢竟從 \psi(0) 到 \psi(1) 都有不知道多少個無限的+1了。】

還是先繼續前進吧。有了 \psi(0) 與 \psi(1) ,我們理所當然的可以有任何自然數的 \psi(n) ,在這之上,我們還可以有 \psi(\omega) ,它可以把 \psi() 內的數位變成自變量。

f_{\psi(\omega)}(3)=f_{\psi(3)}(3)=f_{\psi(2)^{\psi(2)^{\psi(2)}}}(3)=...\\ f_{\psi(\omega)}(100)=f_{\psi(100)}(100)=...

就像最開始的那樣, \omega 不是終點, \psi(\omega) 自然也不是,它之後還可以有 \psi(\omega+1) 。同樣如同展開 f_{\omega+1}(n) 那樣, f_{\psi(\omega+1)}(n) 也不是 f_{\psi(n+1)}(n) 而是 f_{\psi(\omega)^{\psi(\omega)^{\psi(\omega)^{.^{.^{.^{\psi(\omega)}}}}}}}(n) 。

\psi() 的內部開始不斷地增加,就如同 \omega 到 \psi(0) 一樣, \psi() 的內部也到達了 \psi(0)

即: \psi(\psi(0)) ,展開例子如下:

f_{\psi(\psi(0))}(n)=f_{\psi(\omega^{\omega^{\omega^{.^{.^{.^{\omega}}}}}})}(n)\\ f_{\psi(\psi(0))}(3)=f_{\psi(\omega^{\omega^{\omega}})}(3)=f_{\psi(\omega^{\omega^{3}})}(3)=...

即然 \psi() 內部可以變成 \psi(0) ,那這個內部的 \psi() 裏面自然也可以變成 \psi(0) ,即:\psi(\psi(\psi(0)))

如此可以重復直至 \psi() 巢狀了無限層,即 \psi(\psi(\psi(...\psi(0)))) 。還能繼續嗎?當然可以!接下來我們要引入一個新的東西以及 OCF 的第三個規則。

那就是 Ω 以及 Ω 的展開方式。

Ω 是最小的非遞迴序數,而 \psi(Ω) 定義為......又要開始聽不懂的東西了,老規矩,統統不管!我們只關註這東西怎麽用就行了。

我們把 Ω 看做一個「折疊符號」即可。

誰的折疊符號?答:包含它的那個 \psi 函式的。

它折疊什麽東西?答:包含它的那個 \psi 函式括弧內部的、除了 Ω 自己以外的其他所有東西。

讓我們來舉例說明這二點,首先,包含它的那個 \psi 函式指的是最近一層的那一個,畢竟我們已經知道了 \psi 函式可以套娃,所以它可以被許多 \psi 函式包含,比如:

\psi(Ω^2+\psi(Ω))\\ 對於內部這個 Ω ,也就是 \psi(Ω^2+\psi(Ω_{看我看我})) ,它被兩個 \psi 函式包含著,而內部這個 \psi 離它最近,所以它是內部這個 \psi 的折疊符號: \psi(Ω^2+\psi_{是我的}(Ω_{看我看我})) 。

然後,它折疊除了它自己以外的其他所有東西。什麽意思呢?

1、我們看它對應的 \psi 和 \psi 的括弧裏都有什麽東西: \psi_{是我的}(Ω_{看我看我})

2、去掉 Ω 它自己還剩下: \psi_{是我的}() ,於是它就折疊這些內容,折疊無限層:

\psi_{是我的}(\psi_{是我的}(\psi_{是我的}(\psi_{是我的}(...))))\\ 最內層如果是空的,我們就給它補一個0: \psi_{是我的}(\psi_{是我的}(\psi_{是我的}(...\psi_{是我的}(0))))

所以最初的式子展開即為:

\psi(Ω^2+\psi(Ω))=\psi(Ω^2+\psi(\psi(\psi(...\psi(0)))))\\ 把它放進 FGH 裏面,就是自變量是多大,就展開多少層——這句話好像說過好多次了。

細心的朋友就發現了,我們先前的終點 \psi(\psi(\psi(...\psi(0)))) 就可以寫成 \psi(Ω) 。

我們可以這樣按「三步走」的方式說明 Ω 的展開:

第一步:找到要展開的 Ω 所對應的 \psi 函式

第二步:把要展開的 Ω 變成一個方框,比如上面的例子 \psi(Ω^2+\psi(□))

第三步:不斷地用對應的 \psi 函式和它內部剩下的東西替換掉方框:

第1次替換:\psi(Ω^2+\psi(\psi(□)))\\ 第2次替換:\psi(Ω^2+\psi(\psi(\psi(□))))\\ 第3次替換:\psi(Ω^2+\psi(\psi(\psi(\psi(□)))))\\ ...

這樣進行無限次(在 FGH 中就是自變量的數值那麽多次),就是它的展開了。

而更細心的朋友則註意到了,我在例子中寫了一個 Ω^2 這樣的東西。這說明, Ω 這個「折疊符號」也可以做運算! \psi(Ω+1) 這個東西是存在的,它可以直接用 OCF 的第二條規則展開。

\psi(Ω+1)=\psi(Ω)^{\psi(Ω)^{\psi(Ω)^{.^{.^{.^{\psi(Ω)}}}}}}\\ Ω 與自然數或者之前提到的 \omega 以及 \psi() 的運算的展開方式是一模一樣的:f_{\psi(Ω+\omega)}(3)=f_{\psi(Ω+3)}(3)=f_{\psi(Ω+2)^{\psi(Ω+2)^{\psi(Ω+2)}}}(3)\\ f_{\psi(Ω+\psi(1))}(3)=f_{\psi(Ω+\psi(0)^{\psi(0)^{\psi(0)}})}(3)=f_{\psi(Ω+\psi(0)^{\psi(0)^{\omega^{\omega^\omega}}})}(3)=f_{\psi(Ω+\psi(0)^{\psi(0)^{\omega^{\omega^3}}})}(3)\\ 接下來讓我們來看一個最簡單的 Ω 與 Ω 運算應該怎麽展開:

\psi(Ω×2)=\psi(Ω+Ω)\\ 就和把 \omega 變成自變量是有順序的一樣,展開 Ω 也要按順序展開。上面裏我們要展開的就是它:

\psi(Ω+Ω_{就是我})\\ 按照我們三步走第一步,找到它對應的 \psi 函式,就是包含他、且離它最近的那一個,當然就是唯一的這一個了:

\psi_{我包含他且離它最近}(Ω+Ω_{就是我})\\ 第二步,把要展開的 Ω 變成方框:

\psi_{我包含他且離它最近}(Ω+□)\\ 第三步,用對應的 \psi 函式以及 \psi 函式裏剩下的東西替換掉方框:

原式:\psi_{都知道是我了就不一直說了}(Ω+□)\\ 第1次替換:\psi_{記住我啊}(Ω+\psi_{記住我啊}(Ω+□))\\ 第2次替換:\psi(Ω+\psi(Ω+\psi(Ω+□)))\\ 第3次替換:\psi(Ω+\psi(Ω+\psi(Ω+\psi(Ω+□))))\\ ...\\ 直到最後一次,最內層的□給它去掉(如果最內層是空的,就補個0):\\ \psi(Ω+\psi(Ω+\psi(Ω+\psi(Ω+...\psi(Ω)))))

這樣,展開就完成了。讓我們把它放進 FGH 裏看看:

f_{\psi(Ω×2)}(3)=f_{\psi(Ω+Ω)}(3)=f_{\psi(Ω+\psi(Ω+\psi(Ω)))}(3)=f_{\psi(Ω+\psi(Ω+\psi(\psi(\psi(0)))))}(3)\\ ~~~~~~~~~~~~~~~~~=f_{\psi(Ω+\psi(Ω+\psi(\psi(\omega^{\omega^{\omega}}))))}(3)=......

聰明的小夥伴又註意到了:我們所折疊、替換的東西,是包括加號,也就是「+」這個運算子號的。那麽乘號,也就是「×」呢?當然也是一樣的!來看:

\psi(Ω^2)=\psi(Ω×Ω)\\ 三步走第一步,找到要展開的 Ω 和它對應的 \psi 函式:

\psi(Ω^2)=\psi_我(Ω×Ω_我)\\ 三步走第二步,把要展開的 Ω 變成方框,:

\psi(Ω^2)=\psi_我(Ω×□)\\ 三步走第三步,用對應的 \psi 函式和它裏面剩下的東西不斷地替換掉方框:

\psi(Ω×□)\\ \psi(Ω×\psi(Ω×□))\\ \psi(Ω×\psi(Ω×\psi(Ω×□)))\\ ......\\ 最終就得到了它的展開式:

\psi(Ω^2)=\psi(Ω×\psi(Ω×\psi(Ω×...\psi(Ω))))\\ 再來一個混合型的:

\psi(Ω^2+Ω)\\

第一步,找 Ω 和它的對應 \psi 函式,大家應該都很熟練了。

第二步,變成方框:

\psi(Ω^2+□)\\

第三步,不斷地替換掉方框:

\psi(Ω^2+□)\\ \psi(Ω^2+\psi(Ω^2+□))\\ \psi(Ω^2+\psi(Ω^2+\psi(Ω^2+□)))\\ \psi(Ω^2+\psi(Ω^2+\psi(Ω^2+\psi(Ω^2+□))))\\ ......\\ 再來一個混合型的混合型:

\psi(Ω^2×2)\\ 這裏,我們先把這個 Ω 的運算拆開,就像拆開 \omega 的運算那樣:

\psi(Ω^2×2)=\psi(Ω^2+Ω^2)=\psi(Ω^2+Ω×Ω)\\ 於是我們要展開的就是它了:

\psi(Ω^2×2)=\psi(Ω^2+Ω^2)=\psi(Ω^2+Ω×Ω_我)\\ 老規矩,不要看這裏加號乘號混在一起,就一個字:不管!我們直接變方框再接替換:

\psi(Ω^2+Ω×□)\\ \psi(Ω^2+Ω×\psi(Ω^2+Ω×□))\\ \psi(Ω^2+Ω×\psi(Ω^2+Ω×\psi(Ω^2+Ω×□)))\\ \psi(Ω^2+Ω×\psi(Ω^2+Ω×\psi(Ω^2+Ω×\psi(Ω^2+Ω×□))))\\ ......\\ 最後再來看看指數上的 Ω :\psi(Ω^Ω)

一樣是老規矩!變方框: \psi(Ω^□) ,再接替換:

\psi(Ω^□)\\ \psi(Ω^{\psi(Ω^□)})\\ \psi(Ω^{\psi(Ω^{\psi(Ω^□)})})\\ \psi(Ω^{\psi(Ω^{\psi(Ω^{\psi(Ω^□)})})})\\ ......\\

指數上的運算:

\psi(Ω^{Ω+1})=\psi(Ω^{Ω}×Ω)=\psi(Ω^{Ω}×\psi(Ω^{Ω}×\psi(Ω^{Ω}×\psi(Ω^{Ω}×...))))

指數上的Ω與Ω的運算:\psi(Ω^{Ω×2})=\psi(Ω^{Ω+Ω})\\ 先變成方框:

\psi(Ω^{Ω+□})\\ 再替換:

\psi(Ω^{Ω+□})\\ \psi(Ω^{Ω+\psi(Ω^{Ω+□})})\\ \psi(Ω^{Ω+\psi(Ω^{Ω+\psi(Ω^{Ω+□})})})\\ \psi(Ω^{Ω+\psi(Ω^{Ω+\psi(Ω^{Ω+\psi(Ω^{Ω+□})})})})\\ ......\\ 稍微有些復雜的混合型: \psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+Ω)})\\ 不管再復雜都是一樣的先找對應的 \psi ,再變成方框:

\psi_{不是我,我沒裏面那個近}(Ω^{Ω^2×\psi_{註意哦,我才是包含它且離它最近的\psi}(Ω^Ω+□)})\\

最後替換:

\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+□)})\\ \psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+\psi(Ω^Ω+□))})\\ \psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+\psi(Ω^Ω+\psi(Ω^Ω+□)))})\\ \psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+\psi(Ω^Ω+\psi(Ω^Ω+\psi(Ω^Ω+□))))})\\ ......\\ 最後再來一個有些復雜的混合型:

\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+Ω)}+Ω^Ω)\\

\psi_{這次是我了,裏面那個\psi沒包含要展開的那家夥}(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+Ω)}+Ω^{Ω_{要展開的是我}})\\ 標註一下,別找錯了 Ω 和它對應的 \psi 。然後還是變方框再接替換:

\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+Ω)}+Ω^□)\\ \psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+Ω)}+Ω^{\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+Ω)}+Ω^□)})\\ \psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+Ω)}+Ω^{\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+Ω)}+Ω^{\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+Ω)}+Ω^□)})})\\ \psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+Ω)}+Ω^{\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+Ω)}+Ω^{\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+Ω)}+Ω^{\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^Ω+Ω)}+Ω^□)})})})\\ ......\\ 於是,在寫了這麽一大篇之後,我們終於可以表示 TREE(3) 的一個較好的下界了:

TREE(3)>f_{\psi(Ω^{Ω^\omega}×4)×\psi(Ω^{Ω^\omega})}(f_{\psi(Ω^{Ω^\omega})}(f_{\psi(Ω^{Ω^\omega})}(3)+1))\\~\\ ~\\~\\~\\ps:嚴格來說,應該是f_{\psi(Ω^{Ω^\omega}×4)×\psi(Ω^{Ω^\omega})}(tree(tree(3)+1))\\ 最最後,讓我們嘗試展開一下最裏面的這個 f_{\psi(Ω^{Ω^\omega})}(3) :

f_{\psi(Ω^{Ω^\omega})}(3)=f_{\psi(Ω^{Ω^3})}(3)=f_{\psi(Ω^{Ω^2×Ω})}(3)=f_{\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^{Ω^2})})})}(3)\\ ~~~~~~~~~~~~~~~~=f_{\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^{Ω×Ω})})})}(3)=f_{\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^{Ω×\psi(Ω^{Ω×\psi(Ω^{Ω})})})})})}(3)\\ ~~~~~~~~~~~~~~~~=f_{\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^{Ω×\psi(Ω^{Ω×\psi(Ω^{\psi(Ω^{\psi(Ω)})})})})})})}(3)=f_{\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^{Ω×\psi(Ω^{Ω×\psi(Ω^{\psi(Ω^{\psi(\psi(\psi(0)))})})})})})})}(3) ~~~~~~~~~~~~~~~~=f_{\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^{Ω×\psi(Ω^{Ω×\psi(Ω^{\psi(Ω^{\psi(\psi(\omega^{\omega^{\omega}}))})})})})})})}(3)\\=f_{\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^{Ω^2×\psi(Ω^{Ω×\psi(Ω^{Ω×\psi(Ω^{\psi(Ω^{\psi(\psi(\omega^{\omega^{3}}))})})})})})})}(3)\\ =......

失敗了,展開它至 α+1 的形式是不可能的,因為需要的步數太大了。

事實上,即便是 f_{\psi(Ω^{Ω+1})}(3) ,僅僅是將它展開至 f_{α+1}(3) 的形式所需的步數——

註意!

是展開它所需要的步數而不是它的具體數值本身,僅僅是這個步數——

就已經超過了葛立恒數和 A^{A(187196)}(1) 。

本回答所講的 FGH 和 OCF 均不是它們原本的定義,也不是正確的定義,是一個非常不嚴謹的、只是為了講解 TREE(3) 有多大而閹割出來的版本。