פרק 1 – מבוא ללוגיקה מתמטית - Or-Alfa
Transcription
פרק 1 – מבוא ללוגיקה מתמטית - Or-Alfa
רפאל ברכאן מתמטיקה בדידה 1תשע"ג פרק – 1מבוא לאלגברה בוליאנית -נספח תחשיב הפסוקים – תקפות טיעונים וכללי היסק מונחים בסיסיים: טיעון – סדרה של טענות ,אשר כולן פרט לאחרונה נקראות :הנחות (או הקדמות) והאחרונה נקראת :מסקנה דוגמאות – צורות סימון וייצוג: יהיו pו q -פסוקים כלשהם (טענות). )1 o )2 )3 אם יורד גשם ,אז הכביש רטוב. יורד גשם. לכן ,הכביש רטוב. pq o p q o p q , p | q o p q p q הערה :אנו נייצג טיעונים בעיקר בצורת הסימון האחרונה. תקפות של טיעון – טיעון בו המסקנה נובעת מצירוף ההנחות נקרא :טיעון תקף. במילים אחרות :טיעון הוא תקף אם"ם נכונות צירוף ההנחות בו גוררת את נכונות המסקנה (לא יתכן מצב בו צירוף ההנחות הוא Tבעוד המסקנה היא .)F נוכיח ,למשל ,את תקפות הטיעון p q p q :עפ"י הגדרה זו. נעזר לשם כך בטבלת אמת: p q p T F F F p פ q q/q p T F T F T T F F T F T T נשים לב כי כל אימת וצירוף ההנחות ( ) p q pהוא ,Tגם המסקנה ( )qהיא .T השורה הרלבנטית היחידה בטבלת האמת לבדיקת תקפות הטיעון היא ,על-כן, השורה הראשונה (רק בה צירוף ההנחות הוא .)T 11 רפאל ברכאן מתמטיקה בדידה 1תשע"ג הערה :שימו לב להבדל בין המושגים :טענה – פסוק ,טיעון – סדרה של פסוקים (הנחה אחת או יותר ומסקנה) .טענה מקבלת ערך אמת Tהוא .Fטיעון יכול להיות תקף או בלתי (לא) תקף. גרירה טאוטולוגית (לוגית) – אומרים כי פסוק pגורר טאוטולוגית (לוגית) פסוק ,qאם"ם לכל השמה בה ערך האמת של הפסוק pהוא ,Tגם ערך האמת של הפסוק qהוא .T סימון p |= q :אוp q : מסקנה :טיעון הוא תקף אם"ם צירוף ההנחות בו גוררות טאוטולוגית (לוגית) את המסקנה. הערה :שימו לב להבדל בין הסימנים . , :הסימן :מייצג קשר לוגי -קשר הגרירה ,בעוד שהסימן :אינו מייצג קשר לוגי ,כי אם תכונה של טיעון – תקפות (היותו תקף) -המסקנה בו נובעת מצירוף ההנחות. במילים אחרות p q ,הוא טיעון (ולא פסוק) ,ולכן איננו מתעניינים כלל בהקשר זה בהשמות בהן ( p Fכי אם רק בהשמות בהן .)p=Tלהבדיל p q ,הוא פסוק אשר ערך האמת שלו הוא Tאו ,Fולכן השמות בהן p Fבהחלט מעניינות אותנו (כמו כל שאר ההשמות האפשריות). המשפט הבא קושר בין הסימנים. , : משפט p q :אם"ם . p q T :במילים p :גורר טאוטולוגית (לוגית) את qאם"ם הפסוק p q :הוא טאוטולוגיה( .הוכחה – תרגיל). נשתמש במשפט האחרון כדי לבדוק את תקפותו/אי-תקפותו של הטיעון הבא: . p q p qעפ"י המשפט הנ"ל ,מספיק להוכיח כי. p q p q T : נבדוק זאת באמצעות טבלת אמת: p q p p q p q q p p פ q q/q p T T T F F F T T F F F T F T F T T T F T F F F T T T T T קיבלנו כי הפסוק p q p q :אינו טאוטולוגיה ,ולכן הטיעון: p q p qאינו תקף. שקילות טאוטולוגית (לוגית) -יהיו pו q -שני פסוקים כלשהם; נאמר כי הפסוקים pו q -שקולים טאוטולוגית (לוגית) זה לזה ונסמן p q :אם"ם pגורר טאוטולוגית (לוגית) את qו q -גורר טאוטולוגית (לוגית) את .p בסימונים הנ"ל ,נאמר כי p q :אם"ם p qוגם . q p מסקנה p q :אם"ם . p q 12 מתמטיקה בדידה 1תשע"ג רפאל ברכאן כלל היסק – טיעון תקף יסודי ,באמצעותו ניתן להסיק פסוק ,על-סמך קבוצה סופית של פסוקים; (תורת ההיסק עוסקת בפורמליזציה של הוכחות .בהוכחה מתמטית מתחילים מהצגה של הפסוקים הנתונים ,ותוך שימוש בכללי היסק ,שלב אחר שלב ,מגיעים לפסוק אותו מעוניינים להוכיח – למסקנה). נציג להלן מספר כללי היסק נפוצים: .1 שם כלל ההיסק )Modus Ponens (M.P כלל ההיסק p q p q .2 )Modus Tollens (M.T .3 )Hypothetical Syllogism (H.S .4 )Disjunctive Syllogism (D.S p q q p p q q r p r p q p q .5 .6 .7 Addition Simplification Resolution p pq pq p p q p r q r הערות: )1כל כללי ההיסק שבטבלה לעיל ,למעט כלל ,5נקראים :כללי היסק בינאריים, בהיותם מכילים שתי הנחות (כל אחד) .כלל 5נקרא :כלל היסק אונארי ,בהיותו מכיל הנחה אחת בלבד. )2לאור המסקנה האחרונה (בעמוד הקודם) p q :אם"ם , p qניתן "לייצר" מכל זהות לוגית כלל היסק בכוון אחד או יותר .חשוב לזכור כי כל כלל היסק הוא ביסודו טיעון (תקף) ,ולכן הוא מכיל הנחה אחת או יותר ומסקנה אחת .למשל: א) ניתן "לייצר" מתוך זהות דה-מורגן p q p q :את שני כללי ההיסק הבאים. p q p q , p q p q : ב) ניתן "לייצר" מתוך הזהות p q q p :בעלת השם Contrapositive :את שני כללי ההיסק הבאים. q p p q , p q q p : כמובן ,כשם שניתן להוכיח זהויות לוגיות מסוימות על בסיס זהויות לוגיות יסודיות (כדוגמת אלו שבטבלה בעמוד 6לעיל) ,כך ניתן להוכיח תקפותם של טיעונים על סמך כללי היסק. נבדוק ,למשל ,בדרך האחרונה את תקפות הטיעון הבא" :אם לא נלך לסרט ,נזמין חברים .אם תשודר תכנית ריאליטי בערוץ הבנאלי ,לא נזמין חברים .משודרת תכנית ריאליטי בערוץ הבנאלי ולכן נלך לסרט". בשלב הראשון נבצע הצרנה -נסמן את הפסוקים האטומיים שבטיעון זה: – pנלך לסרט – q ,נזמין חברים - r ,משודרת תכנית ריאליטי בערוץ הבנאלי נצרין את הטיעון ונקבל. p q r q r p : 13 רפאל ברכאן מתמטיקה בדידה 1תשע"ג הוכחת תקפות הטיעון ללא שימוש בטבלת אמת: p q r q r rqrq , M.P p q q pqqp , M.T p pp p רזולוציה (" – )resolutionכלל היסק בשירות מדעי המחשב" במהלך השנים פותחו אלגוריתמים (ותוכנות) המאפשרים לבצע אוטומטיזציה של תהליכי ההסקה וההוכחה של משפטים .רבים מאלגוריתמים אלה מבוססים על כלל ההיסק רזולוציה ( ,)resolutionהמופיע בתחתית טבלת כללי ההיסק בעמוד הקודם: . p q p r q rלרזולוציה גם תפקיד חשוב בשפות תכנות המבוססות על חוקי הלוגיקה ,כדוגמת שפת פרולוג. קיימים אלגוריתמים המוכיחים תקפות של טיעון על סמך רזולוציה בלבד .לשם כך ,יש לבטא את צירוף ההנחות כמו גם את המסקנה שבטיעון בצורת ( CNFלא בהכרח שלמה) .כך ,למשל ,ההנחות p q , p q r :תבוטאנה באופנים השקולים הבאים בהתאמה p q , p q p r :כצורות ה( CNF -הלא שלמות) שלהן. דוגמא :נוכיח על בסיס רזולוציה כי. p q r r s p s : p q r r s p r q r r s p r q r r s p r r s q r r s r s אכן: resolution distributivity commoutativity and associativity of p s q r simplification p s 14