Λογική Πρώτης Τάξης. Γιώργος Κορφιάτης. Νοέµβριος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Σχετικά έγγραφα
Κατηγορηµατική Λογική Προτασιακή Λογική: πλαίσιο διατύπωσης και µελέτης επιχειρηµάτων για πεπερασµένο πλήθος «λογικών αντικειµένων». «Λογικό αντικείµε

ΠΛΗ 20, 3 η ΟΣΣ (Κατηγορηματική Λογική)

Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

4. Ο,τιδήποτε δεν ορίζεται με βάση τα (1) (3) δεν είναι προτασιακός τύπος.

, για κάθε n N. και P είναι αριθμήσιμα.

Στοιχεία Κατηγορηματικής Λογικής

Στοιχεία Κατηγορηματικής Λογικής

Στοιχεία Κατηγορηματικής Λογικής

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

. (iii) Μόνο οι εκφράσεις που σχηµατίζονται από τα i,ii είναι προτασιακοί τύποι.

Σημειώσεις Μαθηματικής Λογικής. Χειμερινό Εξάμηνο Δ. Ζώρος, Ν. Καρβέλας Σύμφωνα με παραδόσεις του Λ. Κυρούση

Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

Σημειώσεις Λογικής I. Εαρινό Εξάμηνο Καθηγητής: Λ. Κυρούσης

Στοιχεία Προτασιακής Λογικής

Σημειώσεις Λογικής I. Εαρινό Εξάμηνο Καθηγητής: Λ. Κυρούσης

Περιεχόμενα 1 Πρωτοβάθμια Λογική Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων ) / 60

Στοιχεία Προτασιακής Λογικής

ΠΛΗ 20, 3 η ΟΣΣ (Κατηγορηματική Λογική)

p p p q p q p q p q

ψ φ2 = k χ φ2 = 4k χ φ1 = χ φ1 + χ φ2 + 3 = 4(k 1 + k 2 + 1) + 1 ψ φ1 = ψ φ1 + χ φ2 = k k = (k 1 + k 2 + 1) + 1

Στοιχεία Προτασιακής Λογικής

Κατηγορηματικός Λογισμός (ΗR Κεφάλαιο )

Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

HY118- ιακριτά Μαθηµατικά

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ. Λογική. Δημήτρης Πλεξουσάκης

Τεχνητή Νοημοσύνη. 8η διάλεξη ( ) Ίων Ανδρουτσόπουλος.

ΗΥ118: Διακριτά Μαθηματικά Εαρινό εξάμηνο 2016 Λύσεις ασκήσεων προόδου

Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

Μαθηματική Λογική και Λογικός Προγραμματισμός

1 Συνοπτική ϑεωρία. 1.1 Νόµοι του Προτασιακού Λογισµού. p p p. p p. ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών

Πρόλογος. Πρόλογος 13. Πώς χρησιμοποείται αυτό το βιβλίο 17

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Μαθηματική Λογική (προπτυχιακό) Εξέταση Ιανουαρίου 2018 Σελ. 1 από 5

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά


Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

Αποφασισιµότητα. HY118- ιακριτά Μαθηµατικά. Βασικές µέθοδοι απόδειξης. 07 -Αποδείξεις. ιακριτά Μαθηµατικά, Εαρινό εξάµηνο 2017

Διακριτά Μαθηματικά Ι


HY 180 Λογική Διδάσκων: Δ. Πλεξουσάκης Φροντιστήριο 5

K15 Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση 3: Προτασιακή Λογική / Θεωρία Συνόλων

Υποθετικές προτάσεις και λογική αλήθεια

Επανάληψη. ΗΥ-180 Spring 2019

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΛΟΓΙΚΗΣ

Ασκήσεις μελέτης της 8 ης διάλεξης

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΟΡΙΣΙΜΟΤΗΤΑ

Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά

Στοιχεία προτασιακής λογικής

ΠΑΙΓΝΙΑ Παιχνίδια Γενική Θεώρηση μεγιστοποιήσει την πιθανότητά

Εφαρμογές της Λογικής στην Πληροφορική

ΠΛΗ 20, 2 η ΟΣΣ (Προτασιακή Λογική)

ΠΛΗ 20, 2 η ΟΣΣ (Προτασιακή Λογική)

Προτασιακός Λογισμός (HR Κεφάλαιο 1)

Δώστε έναν επαγωγικό ορισμό για το παραπάνω σύνολο παραστάσεων.

Λογική Δημήτρης Πλεξουσάκης Φροντιστήριο 5: Προτασιακός Λογισμός: Κατασκευή Μοντέλων Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών

Κατηγορηµατική Λογική

Θεωρία Υπολογισμού Άρτιοι ΑΜ. Διδάσκων: Σταύρος Κολλιόπουλος. eclass.di.uoa.gr. Περιγραφή μαθήματος

Θεωρία Υπολογισμού Αρτιοι ΑΜ Διδάσκων: Σταύρος Κολλιόπουλος eclass.di.uoa.gr

Σειρά Προβλημάτων 1 Λύσεις

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ. Λογική. Δημήτρης Πλεξουσάκης. 5ο μέρος σημειώσεων: Κατηγορηματικός Λογισμός (Predicate Calculus)

Σχόλιο. Παρατηρήσεις. Παρατηρήσεις. p q p. , p1 p2

τη µέθοδο της µαθηµατικής επαγωγής για να αποδείξουµε τη Ϲητούµενη ισότητα.

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΚΑΙ ΛΟΓΙΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ

ιακριτά Μαθηµατικά και Μαθηµατική Λογική ΠΛΗ20 Ε ρ γ α σ ί α 5η Προτασιακή Λογική

Πολλοί τρόποι περιγραφής αλγορίθμων. Όλοι είναι μηχανιστικά ισοδύναμοι και ειδικά ισοδύναμοι με μερικές αναδρομικές συναρτήσεις.

Μαθηματική Λογική και Λογικός Προγραμματισμός

Μη-Αριθμήσιμα Σύνολα, ιαγωνιοποίηση

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ. Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 9

Συνεκτικά σύνολα. R είναι συνεκτικά σύνολα.

Βασικές Ισοδυναμίες με Άρνηση, Πίνακες Αληθείας, Λογική Συνεπαγωγή, Ταυτολογίες, Αντινομίες, Πλήρης Αλγόριθμος Μετατροπής CNF

HY118- ιακριτά Μαθηµατικά

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Ασκησεις - Φυλλαδιο 9

ΤΕΧΝΗΤΗ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗ. Ενότητα 9: Προτασιακή λογική. Ρεφανίδης Ιωάννης Τμήμα Εφαρμοσμένης Πληροφορικής

Λογική. Προτασιακή Λογική. Λογική Πρώτης Τάξης

Μη γράφετε στο πίσω μέρος της σελίδας

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 1

ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ. ιδάσκων : ρ. Β. ΒΑΛΑΜΟΝΤΕΣ. Πύλες - Άλγεβρα Boole 1

Αριθμήσιμα σύνολα. Μαθηματικά Πληροφορικής 5ο Μάθημα. Παραδείγματα αριθμήσιμων συνόλων. Οι ρητοί αριθμοί

Θεωρητικά Θέµατα. Ι. Θεωρία Οµάδων. x R y ή x R y ή x y(r) [x] R = { y X y R x } X. Μέρος Σχέσεις Ισοδυναµίας, ιαµερίσεις, και Πράξεις

HY118- ιακριτά Μαθηµατικά

Μαθηματική Λογική και Λογικός Προγραμματισμός

Μαθηματική Λογική και Λογικός Προγραμματισμός

Ασκήσεις Επανάληψης Λύσεις

Θεώρηµα: Z ( Απόδειξη: Περ. #1: Περ. #2: *1, *2: αποδεικνύονται εύκολα, διερευνώντας τις περιπτώσεις ο k να είναι άρτιος ή περιττός

Σειρά Προβλημάτων 1 Λύσεις

Κεφάλαιο 1. Μετρικοί χώροι. 1.1 Βασικές έννοιες. Εστω σύνολο X και έστω η απεικόνιση d : X X R έτσι ώστε για κάθε x, y, z X ισχύουν :

Συνεκτικά σύνολα. R είναι συνεκτικά σύνολα.

Εφαρμογές της Λογικής στην Πληροφορική

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ. Προτεινοµενες Ασκησεις - Φυλλαδιο 9

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο Αλγεβρα BOOLE και Λογικές Πύλες

Λογικοί πράκτορες. Πράκτορες βασισµένοι στη γνώση

Μη επιλυσιμότητα I. Απόδειξη. Ορίζουμε # # =

Λύσεις Σειράς Ασκήσεων 1

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Μαθηματική Λογική και Λογικός Προγραμματισμός

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. Πρόλογος στη δεύτερη έκδοση

το σύνολο των πολυωνυµικών συναρτήσεων βαθµού d στους φυσικούς και µε P= U P το σύνολο των πολυωνυµικών συναρτήσεων. Να εξετάσετε αν τα σύνολα P

Εκπαιδευτικός Οµιλος ΒΙΤΑΛΗ

Transcript:

Λογική Πρώτης Τάξης Γιώργος Κορφιάτης Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Νοέµβριος 2008

Σύνταξη Ορισµός (Σύνταξη της λογικής πρώτης τάξης) Λεξιλόγιο Σ = (Φ, Π, r) Συναρτήσεις f Φ Σχέσεις R Π r( ) η πληθικότητα (arity) των f και R Μεταβλητές V = {x, y, z,...} Παράδειγµα (Θεωρία Αριθµών) Σ N = (Φ N, Π N, r N ) Φ N = {0, σ, +,, } Π N = {=, <} r(0) = 0, r(σ) = 1, r(+) = r( ) = r( ) = 2 r(=) = r(<) = 2

Οροι και Εκφράσεις Οροι t: x V f(t 1,..., t k ) Εκφράσεις φ, ψ: R(t 1,..., t k ) φ, (φ ψ) και (φ ψ) ( xφ) Συντοµογραφίες, και (φ ψ) ( φ ψ) ( xφ) ( x φ)

Οροι και Εκφράσεις στη Θεωρία Αριθµών Οροι: σ(σ(0)) 2 +(x, σ(σ(0))) x + 2 Εκφράσεις: < (x, σ(σ(0))) x < 2 x < (+(x, σ(σ(0))), σ( (x, σ(σ(0))))) x((x + 2) < σ(x 2))

Ελεύθερες και εσµευµένες Μεταβλητές ( x(x + y > 0)) (x > 0) Το πρώτο x δεσµευµένο Το δεύτερο x ελεύθερο Το y ελεύθερο Μετονοµασία δεσµευµένης µεταβλητής: ( z(z + y > 0)) (x > 0)

Μοντέλα Ανάλογο µε την ανάθεση αλήθειας του προτασιακού λογισµού M = (U, µ) µοντέλο κατάλληλο για ένα Σ = (Φ, Π, r) σύνολο U (σύµπαν) συνάρτηση µ : V Φ Π µ U x V µ x M U f Φ (πληθικότητας k) µ f M : U k U R Π (πληθικότητας k) µ R M U k

Ερµηνεία µε ϐάση µοντέλο M Σηµασία όρου t υπό µοντέλο M t x t M x M f(t 1,..., t k ) f M (t M 1,..., tm k ) Ικανοποίηση έκφρασης από µοντέλο (M = φ) φ M φ if R(t 1,..., t k ) (t1 M,..., tm k ) R M ψ M ψ ψ 1 ψ 2 M ψ 1 M ψ 2 ψ 1 ψ 2 M ψ 1 M ψ 2 xψ u U : M x=u ψ όπου M x=u ίδιο µε το M εκτός του ότι x Mx=u = u

Μοντέλο της Θεωρίας Αριθµών Ορισµός Μοντέλο N = (U, µ), µε U = N 0 N = 0 σ N (n) = n + 1 + N (n 1, n 2 ) = n 1 + n 2 < N (n 1, n 2 ) = n 1 < n 2... Παράδειγµα N x(x < x + 1) n N, N x=n x < x + 1 n N, n < N n + N 1 N

Μοντέλο Ισοτιµίας (parity) για Θεωρία Αριθµών Ορισµός Μοντέλο N p = (U, µ), µε U = {0, 1,..., p 1}, όπου p > 1 0 Np = 0 σ Np (n) = n + 1 mod p m + Np n = m + n mod p... Παράδειγµα N p x(x < x + 1) N p(x=p 1) x < x + 1 δεν ισχύει (p 1) < Np (p 1) + Np 1 Np δεν ισχύει (p 1) < (p 1) + 1 mod p

Μοντέλο για Θεωρία Γράφων Λεξιλόγιο Σ G µε σχέσεις {=, G} πληθικότητας 2 Μοντέλο Γ µε U σύνολο 5 κόµβων της Εικόνας 5-2 και G Γ (x, y) αληθές αν υπάρχει ακµή από το x στο y στο γράφο φ = x( y(g(x, y) G(y, x))) Γ φ (η G είναι συµµετρική) φ = x( y( z(g(x, z) G(z, y)) G(x, y))) Γ φ Και τα δύο ελέγχονται σε πολυωνυµικό χρόνο (G µεταβατική)

φ-graphs Ορισµός (Πρόβληµα φ-graphs) οσµένου ενός µοντέλου Γ (ενός γράφου G Γ ) για µία έκφραση φ, ισχύει Γ φ; Θεώρηµα Για κάθε έκφραση φ στο Σ G, το φ-graphs είναι στο P Απόδειξη Με επαγωγή στη δοµή του φ: φ = G(x, y), προφανές φ = ψ, ψ 1 ψ 2, ψ 1 ψ 2, αφού ισχύει για ψ, ψ 1, ψ 2 φ = xψ, αφού ισχύει για ψ, ελέγχουµε για κάθε κόµβο του γράφου

Εγκυρες Εκφράσεις Ορισµός Μία έκφραση φ λέγεται ικανοποιήσιµη αν υπάρχει ένα µοντέλο που να την ικανοποιεί (M φ) Ορισµός Αν µία έκφραση φ ικανοποιείται από κάθε µοντέλο, λέγεται έγκυρη (γράφουµε φ) Πρόταση Μία έκφραση δεν είναι ικανοποιήσιµη αν και µόνο αν η άρνησή της είναι έγκυρη ( M : M φ φ)

Αποδείξεις Συστηµατικός τρόπος για να δείχνουµε την εγκυρότητα προτάσεων Βασιζόµενοι σε (αξιώµατα): Εγκυρότητα στη λογική Boole (ταυτολογίες) Ιδιότητες της ισότητας Ιδιότητες των ποσοδεικτών Πρόταση (Modus Ponens) Αν οι εκφράσεις ψ και ψ φ είναι έγκυρες, τότε η φ είναι έγκυρη

Βασικά Λογικά Αξιώµατα ΑΞ0: Κάθε έκφραση που είναι ταυτολογία στη λογική Boole ΑΞ1: Κάθε έκφραση της µορφής: ΑΞ1α: t = t ΑΞ1β: (t 1 = t 1... t k = t k) f(t 1,..., t k ) = f(t 1,..., t k) ΑΞ1γ: (t 1 = t 1... t k = t k) R(t 1,..., t k ) = R(t 1,..., t k) ΑΞ2: Κάθε έκφραση της µορφής xφ φ[x t] ΑΞ3: Κάθε έκφραση της µορφής φ xφ (x όχι ελεύθερο στο φ) ΑΞ4: Κάθε έκφραση της µορφής ( x(φ ψ)) ( xφ xψ)

Αποδείξεις Βασιζόµαστε στα αξιώµατα και το modus ponens Ορισµός (Απόδειξη µίας έκφρασης φ n ) Εστω ακολουθία εκφράσεων S = (φ 1,..., φ 2,..., φ n ) και Λ σύνολο αξιωµάτων. Αν για κάθε φ i ισχύει: είτε φ i Λ είτε υπάρχουν ψ, ψ φ i στα φ 1,..., φ i 1 τότε το S είναι µια απόδειξη για το φ n. Το φ n λέγεται ϑεώρηµα πρώτης τάξης και γράφουµε φ n

Αποδείξεις Παράδειγµα (Συµµετρία της ισότητας) 1. (x = y x = x) (x = x y = x) (ΑΞ1γ) 2. (x = x) (ΑΞ1α) 3. x =x ((x =y x =x) (x =x y =x)) (x =y y =x) (ΑΞ0) ταυτολογία a ((b a) (a c)) (b c) 4. ((x =y x =x) (x =x y =x)) (x =y y =x) (2,3) 5. (x = y y = x) (1,4)

theoremhood Μπορούµε να κωδικοποιήσουµε τις εκφράσεις και τις αποδείξεις (ακολουθία εκφράσεων) σαν συµβολοσειρές. Ορισµός (Πρόβληµα theoremhood) Εστω µία κωδικοποίηση για την φ. Είναι η φ ϑεώρηµα πρώτης τάξης ( φ); Πρόταση Το theoremhood είναι αναδροµικά αριθµήσιµο. Απόδειξη Η µηχανή Turing δοκιµάζει όλες τις πεπερασµένες ακολουθίες εκφράσεων µε λεξικογραφική σειρά και απαντά ϑετικά αν κάποια ακολουθία είναι απόδειξη της δοσµένης έκφρασης.

validity Ορισµός (Πρόβληµα validity) Εστω δοσµένη έκφραση φ. Είναι έγκυρη ( φ); Θεώρηµα (Εγκυρότητας και Πληρότητας) validity theoremhood φ φ Οµως, πιο ενδιαφέρον αν η φ ικανοποιείται από συγκεκριµένο µοντέλο! Στόχος: Αξιωµατικοποίηση του µοντέλου

Απόδειξη από Προκείµενες Ορισµός ( Εγκυρη Συνέπεια από Προκείµενες, φ) Εστω σύνολο εκφράσεων. Αν κάθε µοντέλο που ικανοποιεί κάθε έκφραση του ικανοποιεί και τη φ, τότε η φ είναι έγκυρη συνέπεια του. Ορισµός (Απόδειξη από Προκείµενες, φ) Ακολουθία S = (φ 1, φ 2,..., φ n ), αξιώµατα Λ, προκείµενες. Αν για κάθε φ i ισχύει φ i Λ ή προκύπτει µε modus ponens, τότε η S είναι απόδειξη της φ n από. Ιδέα: Εισάγουµε επιπλέον αξιώµατα που περιγράφουν το µοντέλο µας

Παράδειγµα: Αξιωµατικοποίηση της Θεωρίας Οµάδων Λεξιλόγιο µε σταθερά 1 και πράξη «Μη λογικά» αξιώµατα: GR1: x y z((x y) z = x (y z)) GR2: x(x 1) = x (ουδέτερο στοιχείο) GR3: x y(x y = 1) (ύπαρξη αντιστρόφου) (προσεταιριστικότητα)

Τεχνικές Μαθηµατικού Συλλογισµού Θεώρηµα (Τεχνική Παραγωγής, deduction) Αν {φ} ψ, τότε φ ψ. Απόδειξη Εστω S = (φ 1,..., φ n ) απόδειξη του ψ από {φ}. Με επαγωγή στο φ i (υποθέτουµε φ φ j για κάθε j < i). Αν φ i Λ, προσθέτουµε {φ i, φ i (φ φ i ), φ φ i } Αν φ i από {φ j, φ j φ i } µε modus ponens, προσθέτουµε κατάλληλες εκφράσεις παροµοίως

Τεχνικές Μαθηµατικού Συλλογισµού Ορισµός (Συνεπές, consistent) Αν φ για κάθε φ (και το φ), τότε το λέγεται ασυνεπές. Αν δεν υπάρχει καµία αντίφαση, τότε είναι συνεπές. Θεώρηµα (Απαγωγή σε Ατοπο) Αν το { φ} είναι ασυνεπές, τότε φ. Απόδειξη Ασυνεπές: { φ} φ. Από ϑεώρηµα παραγωγής φ φ, ισοδύναµο µε φ. Θεώρηµα (Γενίκευση) Αν φ και το x δεν είναι ελεύθερο στο, τότε xφ.