סיכום נקודות בלוגיקה
Transcription
סיכום נקודות בלוגיקה
סיכום נקודות בלוגיקה תזכורות ממתמטיקה בדידה מיו ࣆ – קשר )ܣ (ߤ݊.שמשמעותו ה n-הטבעי הראשון שמקיים את .A איוטה ࣃ – קשר )ܣ .ݔߡ( שמשמעותו ה x-היחיד המקיים את .A ) ઢההפרש הסימטרי( – כל האיברים שנמצאים בדיוק באחת מהקבוצות Aו.B- ניתן להתייחס לפונקציה כיחס המקיים תנאי החד-ערכיות.∀ܽ∀ܾଵ ∀ܾଶ . < ܽ, ܾଵ >∈ ݂ ∧< ܽ, ܾଶ >∈ ݂ → ܾଵ = ܾଶ : פונקציה חלקית מ A-ל B-היא יחס מ A-ל B-המקיים את תנאי החד-ערכיות הנ"ל. Rיחס סדר על .Aההגדרות יחסית ל.A- פונקציה מ A-ל B-היא פונקציה חלקית fמ A-ל B-המקיימת: רפלקסיבי ܴܽܽ .ܣ ∈ ܽ∀ ି ݂ ∈> ܾ . < ܽ,ܤ ∈ ܾ∃ܣ ∈ ܽ∀. אי רפלקסיבי )ܴܽܽ( .ܣ ∈ ܽ∀ אם Rהוא יחס ,אז היחס ההפוך ܴ ିଵמוגדר ע"י }ܴ ∈> ܾ .ܴ ିଵ = {< ܾ, ܽ > | < ܽ, ܵ ∘ ܴ הרכבה של יחסים המוגדרת }ܴ ∈> ܿ . < ܽ, ܾ >∈ ܵ ∧< ܾ,ܤ ∈ ܾ∃|ܥݔܣ ∈> ܿ .ܴ ∘ ܵ = {< ܽ, יחס Rעל קבוצה Aנקרא רפלקסיבי אם ݔܴݔ .ܣ ∈ ݔ∀. יחס Rנקרא אי רפלקסיבי אם )ݔܴݔ( ି.ݔ∀. אם מתקיים )ݔܴݔ( ି.ܣ ∈ ݔ∀ ,היחס נקרא אי רפלקסיבי על .A יחס Rנקרא טרנסיטיבי אם ݖܴݔ → ݖܴݕ ∧ ݕܴݔ .ݖ∀ݕ∀ݔ∀. סימטרי ܴܾܽ → ܾܴܽ .ܣ ∈ ܾ∀ܣ ∈ ܽ∀ אנטי סימטרי ܾ = ܽ → )ܴܾܽ ∧ ܾܴܽ( .ܣ ∈ ܾ∀ܣ ∈ ܽ∀ אנטי סימטרי חזק )ܴܾܽ( ି→ ܾܴܽ .ܣ ∈ ܾ∀ܣ ∈ ܽ∀ טרנסיטיבי ܴܿܽ → )ܴܾܿ ∧ ܾܴܽ( .ܣ ∈ ܿ ∀ܽ, ܾ, יחס סדר חלקי Rרפלקסיבי ,אנטי סימטרי וטרנזיטיבי יחס Rנקרא סימטרי אם ݔܴݕ → ݕܴݔ .ݕ∀ݔ∀, אנטי סימטרי חזק אם )ݔܴݕ( ି→ ݕܴݔ .ݕ∀ݔ∀ ואנטי סימטרי )חלש( אם ݕ = ݔ → ݔܴݕ ∧ ݕܴݔ .ݕ∀ݔ∀. יחס סדר מלא Rיחס סדר חלקי ובנוסף מתקיים ܴܾܽ ∨ ܾܴܽ .ܣ ∈ ܾ∀ܣ ∈ ܽ∀ יחס Rיקרא יחס סדר חלקי על Aאם הוא רפלקסיבי ,אנטי סימטרי וטרנזיטיבי. יחס סדר חלקי יקרא מלא על Aאם מתקיים גם כי ݔܴݕ ∨ ݕܴݔ .ܣ ∈ ݕ∀ܣ ∈ ݔ∀. יחס סדר חלקי חזק Rאי רפלקסיבי וטרנסיטיבי יחס Rיקרא יחס סדר חלקי חזק על Aאם הוא טרנסיטיבי ואי רפלקסיבי על .A יחס כזה יקרא מלא על Aאם מתקיים ݕ = ݔ ∨ ݔܴݕ ∨ ݕܴݔ .ܣ ∈ ݕ∀ܣ ∈ ݔ∀. יחס סדר מלא חזק Rיחס סדר חלקי חזק ובנוסף מתקיים ܴܾܽ ∨ ܾ = ܽ ∨ ܾܴܽ .ܣ ∈ ܾ∀ܣ ∈ ܽ∀ יחס שקילות Rרפלקסיבי ,סימטרי וטרנסיטיבי מחלקת שקילות &|ܣ ∈ ݕ{ = ሿோݔ.ሾ קבוצת מנה ∈ | ./ = {)*+ יחס Rיקרא שקילות על Aאם הוא רפלקסיבי על ,Aסימטרי וטרנזיטיבי. אם Rהוא יחס שקילות ,מחלקת השקילות של xלפי Rהיא }ݕܴݔ|ܣ ∈ ݕ{ = ሿோݔ.ሾ אם Rיחס שקילות על ,Aקבוצת המנה של Rעל Aהיא }ܣ ∈ ݔ| ሿோݔ/ܴ = {ሾܣ. לוגיקה יחס נביעה ⊢ היא יחס בין קבוצות של נוסחאות לנוסחאות המקיים "רפלקסיביות" )ܣ ⊢ ܶ → ܶ ∈ ܣ(, מונוטוניות )אם ܣ ⊢ ܶ וגם ܵ ⊆ ܶ אז ܣ ⊢ ܵ( ו"טרנסיטיביות" )אם ߮ ⊢ ܶ ו ܶ, ߮ ⊢ ߰-אז ߰ ⊢ ܶ(. תחשיב הפסוקים הקלאסי )(CPL מוגדר מעל הא"ב :פסוקים אטומיים )… ,(p1,p2,p3קשרים → −,∨,∧,וסוגריים .הקטגוריה הסינטקטית היא נוסחה )או פסוק( כאשר .1כל פסוק אטומי הוא נוסחה. .2אם ߰ ߮,נוסחאות אז )߰ → ߮( – ߮, (߮ ∧ ߰), (߮ ∨ ߰),נוסחאות. טענות על נוסחאות ב) CPL-להוכחה שמשהו אינו נוסחה( :מספר הסוגרים הימיניים והשמאליים שווה ,בין כל 2פסוקים אטומים מופיע קשר ,קשר "וגם" אינו יכול להופיע בצמוד לסוגר ,מספר הסוגיים השמאליים שווה למספר הקשרים הבינאריים ,מילה ב CPL-אינה מתחילה בסוגר ימיני. הגדרה סמנטית לנביעה– ב CPL-ה"מבנה" נקרא "השמה" )פונקציה vמקבוצת הנוסחאות אל } {t,fהמקיימת: }→ (߰)൯, ⋄= {∨,∧,ݒ (߮),ݒ(߮ ⋄ ߰) =⋄∗ ൫ݒ (߮)൯,ݒ(−߮) = −∗ ൫ݒ כאשר ∗ ܺ היא פונקצית האמת המתאימה ל.(X- u.multinet.co.il u.multinet.co.il נוסחה תקרא טאוטולוגיה )סימון ߮ (⊢אם כל השמה היא מודל שלה. למה :ۺ۾) ∅ ⊢ࡼࡸ ࣐ ↔⊢۱כי כל השמה היא מודל של הקבוצה הריקה(. תורה ספיקה אם יש לה מודל .בהתאם ,תורה אי ספיקה היא תורה שאין לה מודל .פסוק ללא מודל נקרא סתירה. פסוקים A, Bשקולים לוגית אם לכל השמה vמתקיים v[A]=tאמ"ם .v[B]=t נשים לב שטאוטולוגיה נובעת מכל תורה ושכל נוסחה נובעת מנוסחה שהיא סתירה. טענה :פסוקים A, Bשקולים לוגית אמ"ם )ܣ → ܤ( ∧ )ܤ → ܣ( .⊢ טענה :יהי Aפסוק ו v, v'-השמות כלשהן .אם לכל ሿܣሾݐܣ ∈ מתקיים ] v'[p]=v[pאז ]) v[A]=v'[Aאינדוקציה מבנית(. קבוצת הנוסחאות האטומיות של ߮ מוגדרת כך: • • • }{ = ሿሾݐܣ. ሾ߮ሿݐܣ = ሾ−߮ሿݐܣ. ሾ߰ሿݐܣ⋃ሾ߮ሿݐܣ = ሾ(߮ ⋄ ߰)ሿݐܣ עבור }→ .⋄= {∨,∧, קבוצת תת הנוסחאות של Aמוגדרת כך: • • • }{ = ሿ.݂ܵሾ }ܣ{ ∪ ሿܣሿ = ݂ܵሾܣ.݂ܵሾ− })ܤ ⋄ ܣ({ ∪ ሿܤሿ⋃݂ܵሾܣ)ሿ = ݂ܵሾܤ ⋄ ܣ( ݂ܵሾעבור }→ .⋄= {∨,∧, הצבה :אם ߮,Aנוסחאות ו p-פסוק אטומי ,אז ߮ ቄቅהינו הפסוק המתקבל מ ߮-ע"י הצבת Aבמקום pומוגדר כך: • אם = ߮ אז .φ ቄ୮ ቅ = A .φ ቄ୮ ቅ • אם ݍ = ߮ כאשר ≠ ݍ אז = q • אם ߰ ߮ = −אז .φ ቄ୮ ቅ = −ψ ቄ୮ ቅ • אם ) ߮ = (ψଵ ⋄ ψଶאז ) φ ቄ ቅ = (ψଵ ቄ ቅ ⋄ ψଶ ቄ ቅעבור }→ .⋄= {∨,∧, ୮ ୮ ୮ הערה ߮ ቄ , , … ቅ :מציין הצבה סימולטנית. משפט ההצבה :יהיו ߮ נוסחה v ,השמה ,ݍ ଵ , … ,ݍ נוסחאות אטומיות שונות זו מזו ו A1,…,An-נוסחאות )לא בהכרח שונות( .תהי ' vהשמה כך שאם p=qiאז ) .v'(p)=v(Aiאחרת v'(p)=v(p) ,אזי )} /ܣ ଵ , … ,ଵ /ܣ{߮(ݒ = )߮( ᇱݒ. טענה :אם ' v, vהשמות כך ש v'(p)=v(p)-לכל ሾ߮ሿݐܣ ∈ אז )߮() v'(߮)=vהוכחה באינדוקציה מבנית(. טענה :אם ܣ ܶ ⊢ו ߪ-הצבה אז )ܣ(ߪ ⊢ )ܶ(ߪ. משפט ההחלפה :נניח vהשמה A ,נוסחה ו p-פסוק אטומי ,נגדיר השמה ' vכך שאם q=pאז ] ,v'[q]=v[Aאחרת ] q) v'[q]=v[qפסוק אטומי( .אז לכל פסוק Bמתקיים ]}.v'[B]=v[B{A/p רדוקציות לשאלת נביעה • • ߮ ܶ ⊢אמ"ם }߮ ܶ ∪ {−אינה ספיקה. לתורות סופיות – ߮ {߰ଵ , ߰ଶ , … , ߰ } ⊢אמ"ם הפסוק ߮ → ) (߰ଵ ∧ ߰ଶ ∧ … ∧ ߰הוא טאוטולוגיה. משפט הקומפקטיות T .1ספיקה אמ"ם כל קבוצה סופית חלקית שלה היא ספיקה. ܶ ⊢ ߮ .2אמ"ם יש ܶ ⊆ Γסופית כך ש.Γ ⊢ ߮- הגדרה סינטקטית לנביעה– ߮ ܶ ⊢ுאם ל φ-יש הוכחה מ.T- הוכחה של פסוק φמתורה Tב HPC-היא סדרה סופית של פסוקים כך שהפסוק האחרון בסדרה הוא .φכל איבר בסדרה הוא אקסיומה של ,HPCאיבר של Tאו פסוק שמתקבל משני פסוקים קודמים בסדרה בעזרת היסק .MP טענה ܶ ⊢ு ߮ :אמ"ם יש ܶ ⊆ Γסופית כך ש.Γ ⊢ு ߮- u.multinet.co.il u.multinet.co.il תורה Tתקרא קונסיסטנטית ב HPC-אם אין פסוק Aכך שגם ܣ ܶ ⊢ுוגם ܣ .ܶ ⊢ு −בניסוח אחר ,קיים פסוק A כך שܣ . ܶ ⊬ு − משפט הנאותות והשלמות .⊢େ =⊢ୌେ -הוכחת נאותות ) (⊢ୌେ →⊢େמוכיחים באמצעות אינדוקציה על אורך ההוכחה .הוכחת שלמות ) (⊢େ →⊢ୌେהיא ארוכה ומציקה )שיעור 4בסיכומים של אברון( .נוסח ב' למשפט השלמות T :היא תורה ספיקה ב CPL-אמ"ם Tהיא קונסיסטנטית ב.HPC- טענה :אם לכל פסוק Aב T1-מתקיים ܣ ܶଶ ⊢ுאז לכל פסוק ,Bאם ܤ ܶଵ ⊢ுאז ܤ .ܶଶ ⊢ு משפט הדדוקציה הסמנטי -ܤ } ⊢ܣ{ ∪ ܶ אמ"ם ܤ → ܣ .ܶ ⊢ משפט הדדוקציה הסינטקטי -ܤ } ⊢ுܣ{ ∪ ܶ אמ"ם ܤ → ܣ ) ܶ ⊢ுאינדוקציה על ההוכחה( .המשפט נכון עבור כל מערכת נוסח הילברט בה קיימות האקסיומות I1ו I2-ו MP-הוא כלל ההיסק היחיד עבור שפה עם קשר הגרירה. דדוקציה טבעית – נאמר שܣ ܶ ⊢ேאם קיימת ܶ ⊆ סופית כך שלסקוונט ܣ ⇒ Γיש הוכחה ב.NDC- שקלויות לוגיות – )ܣ → ܤ( ∧ )ܤ → ܣ( =ிܤ ↔ ܣ שני פסוקים יקראו שקולים לוגית )ܤ ≡ ܣ( אם ܤ ↔ ܣ . ⊢ משפט הצבת אקוויוולנטים :אם ܤ ↔ ܣ ⊢ ܶ אז לכל נוסחה ߮ ופסוק אטומי pמתקיים }/ܤ{߮ ↔ }/ܣ{߮ ⊢ ܶ. נוסחה היא בצורת NNFאם קשר השלילה מופיע רק לפני פסוקים אטומיים .ליטרל זהו פסוק אטומי או שלילתו .פסוק ב DNFהוא "'או'ים של 'וגם'ים" ופסוק ב CNFהוא "'וגםים' של 'או'ים" .כל פסוק אפשר להעביר לפסוק שקול ב ,NNFוהן להביא לצורות DNFו.CNF- ,.., הגדרה נניח ߮ פסוק כך ש }- ଶ , … , ଵ ,{ = )߮(ݐܣ .נגדיר את ݃ఝభ בתור הפונקציה מ, ݂}-ݐ{ אל } {t,fהמוגדרת ,.., ע"י ) ݃ఝభ (mଵ , … , m୬ ) = v(φכאשר }݂ ,ݐ{ ∈ ݉לכל iו v-השמה כך ש ) = ݉ -(ݒ. טענה :לכל }݂ ,ݐ{ → , ݂}ݐ{ ݂:ניתן למצוא נוסחא ߮ כך ש- להגדרת כל פונקציה מ, ݂}-ݐ{ אל }.{t,f ,.., .݂ = ݃ఝభמהטענה נובע כי }→ {−,∧,∨,מספיקים מציאת נוסחה לפונקציה :נסתכל בטבלת האמת של הפונקציה .עבור צורת ,DNFעבור כל שורה בה הפונקציה מקבלת ,tנרשום הסגרי "או" )שיחוברו יחד ע"י "וגם"( לפי ערכי האמת של הפסוקים האטומים באותה השורה )אם p קיבל ערך tנרשום בהסגר ,pאם קיבל fנרשם .(–pעבור צורת ,CNFנמצא צורת DNFאך עבור השורות שמקבלות f ואז נהפוך "או" ל"-וגם"" ,וגם" ל"-או" וליטרל עם שלילתו )תרגול (6 קבוצת קשרים Sתקרא שלמה פונקציונאלית אם לכל פונקצית אמת fישנה נוסחה Aמעל > p=<p1,…pnכך ש A-מעל S ו.݃ = ݂- לוגיקה רב ערכית במקום שני ערכי אמת ,יש קבוצה של ערכי אמת Sהיכולה להיות אינסופית .מגדירים גם קבוצת ערכים מצוינים Dכך ש D-אינה ריקה ומוכלת ממש ב .S-לכל קשר -nמקומי מגדירים פונקצית אמת מתאימה .השמה מוגדרת להיות פונקציה מקבוצת הנוסחאות אל ,Sהמכבדת את טבלאות האמת החדשות .השמה vתהיה מודל של נוסחא Aאם ܦ ∈ )ܣ(ݒ. תחשיב הפרדיקטים סיגנטורה של שפה –מכילה סימני קבועים ,סימני פונקציה ולפחות סימן יחס אחד. שם עצם – יכול להיות קבוע ,משתנה ,או )) f(t1,…,tnכאשר fסימן פונקציה ו t1,…,tn-שמות עצם(. נוסחא – יכולה להיות )) p(t1,…,tnכאשר pסימן יחס ו t1,…,tn-שמות עצם() ( ⋄ ), − ,כאשר }→ ⋄= {∨,∧,וA,B- נוסחאות( או ) ∀࢞. ,∃࢞.כאשר xמשתנה ו A-נוסחא(. הצבה )סימון }ݔ/ݏ{߮ s ,שם עצם x ,משתנה( שמות עצם – עבור tקבוע :ݐ = }ݔ/ݏ{ݐ ,עבור tמשתנה השונה מ :x-ݐ = }ݔ/ݏ{ݐ ,עבור tמשתנה השווה ל:x- ݏ = }ݔ/ݏ{ݐ ועבור f) t=fפונקציה nמקומית(}) :ݔ/ݏ{ ݐ }, … ,ݔ/ݏ{ ଵݐ(݂ = }ݔ/ݏ{ݐ. נוסחאות – עבור סימני יחס וקשרים" ,מכניסים" את ההצבה "פנימה" .עבור כמתים" ,מכניסים פנימה" רק אם xאינו קשור ע"י הכמת. אם x, yמשתנים שונים s ,ו t-ש"ע A ,נוסחה ו t-חופשי להצבה עבור xב A-אז }.ݕ/ݏ ,ݔ}ሿ/ݕ/ݏ{ݐ{ሾܣ = }ݕ/ݏ{}ݔ/ݐ{ܣ. קבוצת המשתנים החופשיים שמות עצם – ∅ = ሾܿሿݒܨ ) cקבוע( ,ݔ = ሿݔሾݒܨ ) xמשתנה( ሿ ,ݐሾݒܨ ∪ … ∪ ଵ ሿݐሾݒܨ = )ሿݐ ଵ , … ,ݐ(݂ሾݒܨ ) fסימן פונקציה ו t1,…,tn-שמות עצם(. u.multinet.co.il u.multinet.co.il נוסחאות ሿ -ݐሾݒܨ ∪ … ∪ ଵ ሿݐሾݒܨ = )ሿݐ ଵ , … ,ݐ(ሾݒܨ ) pסימן יחס ו t1,…,tn-שמות עצם(ሿ ,ܣሾݒܨ = ሿܣሾ−ݒܨ ሿܤሾݒܨ ∪ ሿܣሾݒܨ = )ሿܤ ⋄ ܣ(ሾݒܨ ) A, Bנוסחאות ,(⋄∈ {∧,∨, →} ,ݔሿ/ܣሾݒܨ = ሿܣ .ݔ∃ሾݒܨ = ሿܣ .ݔ∀ሾݒܨ ) xמשתנהA , נוסחא(. שם עצם tיקרא שם עצם סגור אם ∅ = ሿݐሾݒܨ .נוסחא Aתקרא פסוק אם ∅ = ሿܣሾݒܨ. סמנטיקה בשפות מסדר ראשון מבנה הוא זוג סדור > <D,Iבו Dהוא קבוצה לא ריקה שנקראת התחום ו I-היא פונקציה שהתחום שלה הוא הסיגנטורה ומקיימת את הדרישות :ܦ ∈ ሾܿሿܫ ) cקבוע( ,ܦ → ܦ ሾ݂ሿ:ܫ )݂ סימן פונקציה( ו -ܦ ⊆ ሿሾܫ ) pסימן יחס -nמקומי(. פונקציה מקבוצת המשתנים של השפה אל Dנקראת השמה במבנה > .<D,Iמרחיבים את מושג ההשמה בצורה הבאה: ሾܿሿܫ = ሾܿሿݒ ) cקבוע( ሿ) ,ݐሾݒ ଵ ሿ, … ,ݐሾݒ(ሾ݂ሿܫ = )ሿݐ ଵ , … ,ݐ(݂ሾݒ ) fסימן פונקציה ו t1,…,tnשמות עצם(. זוג M,vבו Mהוא מבנה ו v-היא השמה יקרא -tמודל של נוסחה Aאם ܣ ⊨ ݒ ,ܯ. נוסחה Aתקרא תקפה במבנה ) Mܣ ⊨ ܯ( אם ܣ ⊨ ݒ ,ܯ לכל השמה M .vיקרא -vמודל של .A נוסחה Aתקרא תקפה לוגיקת אם היא תקפה בכל מבנה .נוסחה Aתקרא -tתקפה לוגית אם ܣ ∅ ⊢௧ிைו-v-תקפה לוגית אם ܣ ) ∅ ⊢௩ிைבעצם אין לכך משמעות כי ∅.מורכבת מפסוקים(. זהירות בולען :לא מתקיים ܣ ⊨ −ܯ אמ"ם ܣ ⊭ ܯ! סגור של נוסחא Aהוא כל פסוק מהצורה ܣ ݔ∀ … ଵݔ∀ כאשר } ݔ ଵ , … ,ݔ{ = ሿܣሾݒܨ .נשים לב שסגור 'Aשל נוסחה A תמיד יהיה פסוק .בנוסף-v 'A ,שקול לוגית ל) A-ܣ ᇱ ⊢௩ܣ ו′ -ܣ ⊢௩ܣ(. תכונות נביעה • • • • • ܞ⊢⊆ ܜ⊢ אם Tמורכבת מפסוקים אז ܣ → ܶ ⊢௧ܣ .T ⊢௩ כלל ההכללה וכלל ההצבה נכונים עבור -vנביעה :לפי כלל הכללה מתקיים A ⊢୴ ∀x. Aאבל בדר"כ .A ⊬୲ ∀x. Aלפי עקרון ההצבה מתקיים }) A ⊢୴ A{t/xעבור tחופשי להצבה במקום (xאבל בדר"כ }.A ⊬୲ A{t/x תכונת הדדוקציה נכונה עבר -tנביעה )ועבור -vנביעה כש T-מורכבת מפסוקים(. להשלים תכנות ספיקות • • • • • אם -v Tספיקה אז Tגם -tספיקה. אם Tמורכבת מפסוקים אז Tהיא -tספיקה אמ"ם היא -vספיקה. -v Tספיקה אמ"ם ܶ∀ היא ספיקה. }ܣ{ ∪ Tהיא -tספיקה אמ"ם ܣ .ܶ ⊬௧ − להשלים בנק דוגמאות " .1אם ܣ ו-ܤ → ܣ ספיקות אז Bספיקה" ) –(CPLדוגמה נגדית A=p :ו)-ݍ ∧ −ݍ( = ܤ. .2דוגמה נגדית המוכיחה ୴⊢⊉ ୲⊢) :ݔ( .ݔ∀ ) ⊢௩ݔ( אבל )ݔ( .ݔ∀ ) ⊬௧ݔ( . .3דוגמה נגדית המוכיחה שאם תורה היא -tספיקה היא לא בהכרח -vספיקה)} :ݕ() ∧ −ݔ({ = ܶ. .4דוגמה נגדית המראה שאם ܣ ⊭ −ܯ זה לא אומר ש) :M ⊨ A-ݔ ,ݔ(. −ݔ∃ ∧ )ݕ ,ݔ( = ܣ. בדוגמה זו מוכיחים כי ⊬௩ Aאבל גם Aלא -vספיקה. .5 u.multinet.co.il u.multinet.co.il