Логика высказываний




Логика высказываний, или пропозициональная логика (лат. propositio — «высказывание»[1]), или исчисление высказываний[2] — это раздел символической логики, изучающий сложные высказывания, образованные из простых, и их взаимоотношения. В отличие от логики предикатов, пропозициональная логика не рассматривает внутреннюю структуру простых высказываний, она лишь учитывает, с помощью каких союзов и в каком порядке простые высказывания сочленяются в сложные[3].


Несмотря на свою важность и широкую сферу применения, логика высказываний является простейшей логикой и имеет очень ограниченные средства для исследования суждений[2].




Содержание






  • 1 Язык логики высказываний


    • 1.1 Алфавит языка логики высказываний


    • 1.2 Пропозициональные переменные


    • 1.3 Пропозициональные формулы


    • 1.4 Соглашения о скобках


    • 1.5 Формализация и интерпретация




  • 2 Аксиомы и правила вывода формальной системы логики высказываний


  • 3 Таблицы истинности основных операций


  • 4 Тождественно истинные формулы (тавтологии)


  • 5 См. также


  • 6 Примечания


  • 7 Литература





Язык логики высказываний |


Язык логики высказываний (пропозициональный язык[4]) — формализованный язык, предназначенный для анализа логической структуры сложных высказываний[1].



Алфавит языка логики высказываний |


Исходные символы, или алфавит языка логики высказываний, разделены на следующие три категории[1][5]:


  • пропозициональные буквы (пропозициональные переменные):

p,q,r,s,t,p1,q1,r1,s1,t1,...{displaystyle p,q,r,s,t,p_{1},q_{1},r_{1},s_{1},t_{1},...}p,q,r,s,t,p_{1},q_{1},r_{1},s_{1},t_{1},...

  • логические знаки (логические союзы):






























Символ Значение

¬{displaystyle neg }neg  
Знак отрицания

{displaystyle land }land  или &
Знак конъюнкции («И»)
{displaystyle vee }vee Знак дизъюнкции («включающее ИЛИ»)

{displaystyle oplus }oplus или ˙{displaystyle {dot {lor }}}{displaystyle {dot {lor }}} 
Знак строгой дизъюнкции («исключающее ИЛИ»)

{displaystyle rightarrow }rightarrow  
Знак импликации

{displaystyle leftrightarrow }leftrightarrow  или ~ или {displaystyle equiv }equiv
Знак эквивалентности


Пропозициональные переменные |


Пропозициональная переменная — переменная, которая в пропозициональных формулах служит для замены собой элементарных логических высказываний[3].



Пропозициональные формулы |


Роль структурных образований, аналогичных элементарным и сложным высказываниям, играют в этом языке формулы. Пропозициональная формула — слово языка логики высказываний[6], т.е. конечная последовательность знаков алфавита, построенная по изложенным ниже правилам и образующая законченное выражение языка логики высказываний[1]. Заглавные латинские буквы A{displaystyle A}A, B{displaystyle B}B и другие, которые употребляются в определении формулы, принадлежат не языку логики высказываний, а его метаязыку, то есть языку, который используется для описания самого языка логики высказываний. Содержащие метабуквы выражения ¬A{displaystyle neg A}neg A, (A→B){displaystyle (Ato B)}(Ato B) и другие — не пропозициональные формулы, а схемы формул. Например, выражение (A∧B){displaystyle (Awedge B)}(Awedge B) есть схема, под которую подходят формулы (p∧q){displaystyle (pwedge q)}(pwedge q), (p∧(r∨s)){displaystyle (pwedge (rvee s))}(pwedge (rvee s)) и другие[1].


Индуктивное определение формулы логики высказываний:[4][1]



  1. пропозициональная переменная есть формула;

  2. если A{displaystyle A}A — произвольная формула, то ¬A{displaystyle neg A}neg A — тоже формула;

  3. если A{displaystyle A}A и B{displaystyle B}B — произвольные формулы, то (A→B){displaystyle (Ato B)}(Ato B), (A∧B){displaystyle (Awedge B)}(Awedge B), (A↔B){displaystyle (Aleftrightarrow B)}(Aleftrightarrow B), (A∨B){displaystyle (Avee B)}(Avee B) и (A ∨˙ B ){displaystyle (A~{dot {lor }}~B~)}{displaystyle (A~{dot {lor }}~B~)} — тоже формулы.


Других формул в языке логики высказываний нет.


Относительно любой последовательности знаков алфавита языка логики высказываний можно решить, является она формулой или нет. Если эта последовательность может быть построена в соответствии с пп. 1—3 определения формулы, то она формула, если нет, то не формула[1].



Соглашения о скобках |


Поскольку в построенных по определению формулах оказывается слишком много скобок, иногда и не обязательных для однозначного понимания формулы, математики приняли соглашения о скобках, по которым некоторые из скобок можно опускать. Записи с опущенными скобками восстанавливаются по следующим правилам.



  • Если опущены внешние скобки, то они восстанавливаются.

  • Если рядом стоят две конъюнкции или дизъюнкции (например, A∧B∧C{displaystyle Awedge Bwedge C}Awedge Bwedge C), то в скобки заключается сначала самая левая часть (то есть две подформулы со связкой между ними). (Говорят также, что эти связки левоассоциативны.)

  • Если рядом стоят разные связки, то скобки расставляются согласно приоритетам: ¬,∧,∨{displaystyle neg ,wedge ,vee }neg ,wedge ,vee и {displaystyle to }to (от высшего к низшему).


Когда говорят о длине формулы, имеют в виду длину подразумеваемой (восстанавливаемой) формулы, а не сокращённой записи.


Например: запись A∨B∧¬C{displaystyle Avee Bwedge neg C}Avee Bwedge neg C означает формулу (A∨(B∧C))){displaystyle (Avee (Bwedge (neg C)))}(Avee (Bwedge (neg C))), а её длина равна 12.



Формализация и интерпретация |


Как и любой другой формализованный язык, язык логики высказываний можно рассматривать как множество всех слов, построенных с использованием алфавита этого языка[7]. Язык логики высказываний можно рассматривать как множество всевозможных пропозициональных формул[4]. Предложения естественного языка могут быть переведены на символический язык логики высказываний, где они будут представлять из себя формулы логики высказываний. Процесс перевода высказывания в формулу языка логики высказываний называется формализацией. Обратный процесс подстановки вместо пропозициональных переменных конкретных высказываний называется интерпретацией[8].



Аксиомы и правила вывода формальной системы логики высказываний |










Одним из возможных вариантов (гильбертовской) аксиоматизации логики высказываний является следующая система аксиом:


A1:A→(B→A){displaystyle A_{1}:Arightarrow (Brightarrow A)}A_{1}:Arightarrow (Brightarrow A);


A2:(A→(B→C))→((A→B)→(A→C)){displaystyle A_{2}:(Arightarrow (Brightarrow C))rightarrow ((Arightarrow B)rightarrow (Arightarrow C))}{displaystyle A_{2}:(Arightarrow (Brightarrow C))rightarrow ((Arightarrow B)rightarrow (Arightarrow C))};


A3:A∧B→A{displaystyle A_{3}:Awedge Brightarrow A}A_{3}:Awedge Brightarrow A;


A4:A∧B→B{displaystyle A_{4}:Awedge Brightarrow B}A_{4}:Awedge Brightarrow B;


A5:A→(B→(A∧B)){displaystyle A_{5}:Arightarrow (Brightarrow (Awedge B))}A_{5}:Arightarrow (Brightarrow (Awedge B));


A6:A→(A∨B){displaystyle A_{6}:Arightarrow (Avee B)}A_{6}:Arightarrow (Avee B);


A7:B→(A∨B){displaystyle A_{7}:Brightarrow (Avee B)}A_{7}:Brightarrow (Avee B);


A8:(A→C)→((B→C)→((A∨B)→C)){displaystyle A_{8}:(Arightarrow C)rightarrow ((Brightarrow C)rightarrow ((Avee B)rightarrow C))}A_{8}:(Arightarrow C)rightarrow ((Brightarrow C)rightarrow ((Avee B)rightarrow C));


A9:¬A→(A→B){displaystyle A_{9}:neg Arightarrow (Arightarrow B)}A_{9}:neg Arightarrow (Arightarrow B);


A10:(A→B)→((A→¬B)→¬A){displaystyle A_{10}:(Arightarrow B)rightarrow ((Arightarrow neg B)rightarrow neg A)}A_{{10}}:(Arightarrow B)rightarrow ((Arightarrow neg B)rightarrow neg A);


A11:A∨¬A{displaystyle A_{11}:Avee neg A}A_{{11}}:Avee neg A.


вместе с единственным правилом:


A(A→B)B{displaystyle {frac {Aquad (Arightarrow B)}{B}}}{frac  {Aquad (Arightarrow B)}{B}} (Modus ponens)


Теорема корректности исчисления высказываний утверждает, что все перечисленные выше аксиомы являются тавтологиями, а с помощью правила modus ponens из истинных высказываний можно получить только истинные. Доказательство этой теоремы тривиально и сводится к непосредственной проверке. Куда более интересен тот факт, что все остальные тавтологии можно получить из аксиом с помощью правила вывода — это так называемая теорема полноты логики высказываний.



Таблицы истинности основных операций |










Основной задачей логики высказываний является установление истинностного значения формулы, если даны истинностные значения входящих в неё переменных. Истинностное значение формулы в таком случае определяется индуктивно (с шагами, которые использовались при построении формулы) с использованием таблиц истинности связок[9].


Пусть B{displaystyle mathbb {B} }mathbb {B}  — множество всех истинностных значений {0,1}{displaystyle {0,1}}{0,1}, а Vars{displaystyle Vars}Vars — множество пропозициональных переменных. Тогда интерпретацию (или модель) языка логики высказываний можно представить в виде отображения



M:Vars→B{displaystyle Mcolon Varsto mathbb {B} }{displaystyle Mcolon Varsto mathbb {B} },

которое каждую пропозициональную переменную p{displaystyle p}p сопоставляет с истинностным значением M(p){displaystyle M(p)}M(p)[9].


Оценка отрицания ¬p{displaystyle neg p}neg p задаётся таблицей:















p{displaystyle p}p
¬p{displaystyle neg p}neg p
0{displaystyle 0}{displaystyle 0}
1{displaystyle 1}1
1{displaystyle 1}1
0{displaystyle 0}{displaystyle 0}

Значения двухместных логических связок {displaystyle rightarrow }rightarrow (импликация), {displaystyle vee }vee (дизъюнкция)
и {displaystyle wedge }wedge (конъюнкция) определяются так:







































p{displaystyle p}p

q{displaystyle q}q

p→q{displaystyle prightarrow q}prightarrow q

p∧q{displaystyle pwedge q}pwedge q

p∨q{displaystyle pvee q}pvee q

0{displaystyle 0}{displaystyle 0}

0{displaystyle 0}{displaystyle 0}

1{displaystyle 1}1

0{displaystyle 0}{displaystyle 0}

0{displaystyle 0}{displaystyle 0}

0{displaystyle 0}{displaystyle 0}

1{displaystyle 1}1

1{displaystyle 1}1

0{displaystyle 0}{displaystyle 0}

1{displaystyle 1}1

1{displaystyle 1}1

0{displaystyle 0}{displaystyle 0}

0{displaystyle 0}{displaystyle 0}

0{displaystyle 0}{displaystyle 0}

1{displaystyle 1}1

1{displaystyle 1}1

1{displaystyle 1}1

1{displaystyle 1}1

1{displaystyle 1}1

1{displaystyle 1}1


Тождественно истинные формулы (тавтологии) |










Формула является тождественно истинной, если она истинна при любых значениях входящих в неё переменных (то есть, при любой интерпретации)[10]. Далее перечислены несколько широко известных примеров тождественно истинных формул логики высказываний:



  • законы де Моргана:


¬(p∨q)↔p∧¬q){displaystyle neg (pvee q)leftrightarrow (neg pwedge neg q)}neg (pvee q)leftrightarrow (neg pwedge neg q);


¬(p∧q)↔p∨¬q){displaystyle neg (pwedge q)leftrightarrow (neg pvee neg q)}neg (pwedge q)leftrightarrow (neg pvee neg q);


  • закон контрапозиции:


(p→q)↔q→¬p){displaystyle (prightarrow q)leftrightarrow (neg qrightarrow neg p)}(prightarrow q)leftrightarrow (neg qrightarrow neg p);


  • законы поглощения:


p∨(p∧q)↔p{displaystyle pvee (pwedge q)leftrightarrow p}pvee (pwedge q)leftrightarrow p;


p∧(p∨q)↔p{displaystyle pwedge (pvee q)leftrightarrow p}pwedge (pvee q)leftrightarrow p;


  • законы дистрибутивности:


p∧(q∨r)↔(p∧q)∨(p∧r){displaystyle pwedge (qvee r)leftrightarrow (pwedge q)vee (pwedge r)}pwedge (qvee r)leftrightarrow (pwedge q)vee (pwedge r);


p∨(q∧r)↔(p∨q)∧(p∨r){displaystyle pvee (qwedge r)leftrightarrow (pvee q)wedge (pvee r)}pvee (qwedge r)leftrightarrow (pvee q)wedge (pvee r).


См. также |



  • Логика первого порядка

  • Дизъюнктивная нормальная форма

  • Конъюнктивная нормальная форма



Примечания |





  1. 1234567 Чупахин, Бродский, 1977, с. 203—205.


  2. 12 Кондаков, 1971, статья «Исчисление высказываний».


  3. 12 НФЭ, 2010.


  4. 123 Герасимов, 2011, с. 13.


  5. Войшвилло, Дегтярев, 2001, с. 91—94.


  6. Эдельман, 1975, с. 130.


  7. Эдельман, 1975, с. 128.


  8. Игошин, 2008, с. 32.


  9. 12 Герасимов, 2011, с. 17—19.


  10. Герасимов, 2011, с. 19.




Литература |



  • Кондаков Н. И. Логический словарь / Горский Д. П.. — М.: Наука, 1971. — 656 с.

  • Эдельман С. Л. Математическая логика. — М.: Высшая школа, 1975. — 176 с.

  • Чупахин И. Я.,Бродский И. Н. Формальная логика. — Ленинград: Издательство Ленинградского университета, 1977. — 357 с.

  • Войшвилло Е. К., Дегтярев М. Г. Логика. — М.: ВЛАДОС-ПРЕСС, 2001. — 528 с. — ISBN 5-305-00001-7.

  • Игошин В. И. Математическая логика и теория алгоритмов. — 2-е изд., стереотип.. — М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 448 с. — ISBN 978-5-7695-4593-1.

  • Логика высказываний // Новая философская энциклопедия. — М., 2010. — Т. 2. — С. 415—418.

  • Герасимов А. С. Курс математической логики и теории вычислимости. — СПб.: Издательство «ЛЕМА», 2011. — 284 с. — ISBN 978-5-98709-292-7.




Popular posts from this blog

浄心駅

カンタス航空