数理逻辑思维导图

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异或词\forall
或非词f(p,q)=pq=¬(pq)f(p,q)=p\downarrow q = \neg(p\vee q)
与非词f(p,q)=pq=¬(pq)f(p,q)=p\uparrow q = \neg(p\land q)
\exists消除:ΓvA;Γ;AtvBΓB\frac {\Gamma\vdash\exists v A;\Gamma;A_t^v\vdash B} {\Gamma\vdash B},即FCFC的存在消除定理
\exists引入:ΓAtvΓvA\frac {\Gamma\vdash A_t^v} {\Gamma\vdash \exists v A}(ttvv可代入),即FCFC定理AtvvAA_t^v\rightarrow \exists v A(ttvv可代入)
\forall消除:ΓvAΓAtv\frac {\Gamma\vdash\forall v A} {\Gamma\vdash A_t^v},其中tt对变元vv可代入。即FCFC定理vAAtv\forall v A\rightarrow A_t^v
\forall引入:ΓAΓ(vA)\frac {\Gamma\vdash A} {\Gamma\vdash(\forall v A)},即对应FCFC全称引入定理
仅扩充NDND规则,主要为有关量词的规则
NDND基础上进行扩充
仅为rmpr_{mp}
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相应地增加公理
FCFC进行扩充,变为5个逻辑联结词、2个量词
AX1.3:(¬A¬B)(BA)AX1.3:(\neg A\rightarrow\neg B)\rightarrow(B\rightarrow A)
AX1.2:(A(BC))((AB)(AC))AX1.2:(A\rightarrow(B\rightarrow C))\rightarrow((A\rightarrow B)\rightarrow(A\rightarrow C))
AX1.1:A(BA)AX1.1:A\rightarrow(B\rightarrow A)
不受量词约束
受量词约束
个体常元α\alpha:张三
函词f(x)f(x):x的父亲
谓词P:……是工程师
对于含n个个体变元的函词,常记为f(n)f^{(n)}
含n个个体变元的谓词
反之为个体变元
字母表靠前的一般为个体常元
个体变元
个体常元
谓语(谓+宾)表示对象性质或对象间关系
主语为研究对象或其群体
或为Γj1Aj1,,ΓjkAjk\Gamma_{j_1}\vdash A_{j_1},\cdots,\Gamma_{j_k}\vdash A_{j_k}由推理规则导出公式
或为ΓjAj(j<i)\Gamma_j\vdash A_j(j< i)
或为ND公理
联结词的完备集
联结词的可表示性
二元联结词
一元联结词
n元联结词:f:{T,F}n{T,F}f:\left\{T,F\right\}^n \rightarrow \left\{T,F\right\}
添加的规则:
说明
推理规则
7组公理及其全称化
说明
更一般地,BΓ,(ΓTB)(ΓFCB\forall B\in\Gamma,(\Gamma\models_T B)\Rightarrow(\Gamma\vdash_{FC}B
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Γ\GammaFCFC公式集
则公理/定理均必为重言式
FCFC之定理、证明、演绎、演绎结果的定义全同于PCPC
故对于PCPC中已证公式,均可直接调用
因此PCPCFCFC之子系统
由上可见,PCPC的语言和公式均为FCFC的子集
内容:A,ABB\frac {A,A\rightarrow B} {B}
使用的是FCFC中公式而非PCPC,此为区别
全同于PCPC,仅有rmpr_{mp}
AX1AX1除命题变元为一阶语言L(FC)L(FC)中任意公式外,其形式全同于PCPC系统三大公理
AX4:AvAAX4:A\rightarrow \forall v A(vvAA中无自由出现)
AX3:v(AB)((vA)(vB))AX3:\forall v(A\rightarrow B)\rightarrow((\forall v A) \rightarrow(\forall v B))
AX2:vAAtvAX2:\forall v A\rightarrow A_t^v(项ttvv可代入)
AX1AX1
说明:下列公式及其全称化均为FC公理
其中j=1,,r,1ijn\forall j=1,\cdots,r,1\leq i_j\leq n
公式vi1virA\forall v_{i_1}\cdots\forall v_{i_r} A称为AA的全称化
v1,,vnv_1,\cdots,v_n为谓词公式AA之自由变元
说明:是以项tt代谓词公式AA中之vv,不要搞反
则称ttvv是可代入的
tt中不含AA的约束变元符(有则易名)
vv为谓词公式AA中自由变元
例:xP(x)\forall x P(x)的改名式yP(y)\forall y P(y),或记为yP(x)yx\forall y P(x)_y^x
改名后公式称原式的改名式
量词辖域中某一约束变元改为另一个在该辖域未出现的变元
辖域
自由变元
约束边缘
以上条件有限次复合,仍为合式公式
AA为合式公式,x在AA为自由变元,则xP(x),xP(x)\forall x P(x),\exists x P(x)均为合式公式
A,BA,B为合式公式,且无x在A/B中一个是约束的而另一个是自由的,则AB,AB,AB,ABA\land B,A\vee B,A\rightarrow B,A\leftrightarrow B均为合式公式
AA为合式公式,则¬A\neg A亦为合式公式
不含联结词的单个谓词(原子谓词)是合取公式
注意:没有n元谓词,因谓词产生的是命题
由上述规则有限次复合产生的结果为项
f(n)f^{(n)}为n元函词,t1,,tnt_1,\cdots,t_n为项,则f(n)(t1,,tn)f^{(n)}(t_1,\cdots,t_n)为项
个体常元/变元是项
特称量词\exists
全称量词\forall
例:原子命题“张三的父亲是工程师”表示为P(f(α))P(f(\alpha))
以小写字母/小写单词表示
一个个体域到另一个体域的映射
常以大写D表示
个体变元的取值范围
n元谓词
一般以大写字母表示,如P(α)P(\alpha)
表示研究对象性质或其关系的词
一般用小写字母表示
表示研究对象的词
原子命题为陈述句,陈述句分主谓
其中,i=1,,m1,ΓiAi\forall i=1,\cdots,m-1,\Gamma_i\vdash A_i
则存在序列Γ1A1,,ΓmAm(=A)\Gamma_1\vdash A_1,\cdots,\Gamma_m\vdash A_m(=A)
在ND中,若ΓNDA\Gamma\vdash_{ND}A
由上可见,ND的规则及其直观逻辑含义比较明显,为逻辑推理带来较大方便
\leftrightarrow消除:ΓABΓAB,ΓABΓBA\frac {\Gamma\vdash A\leftrightarrow B} {\Gamma\vdash A\rightarrow B},\frac {\Gamma\vdash A\leftrightarrow B} {\Gamma\vdash B\rightarrow A},以上源于重言式(AB)(AB)(BA)(A\rightarrow B)\leftrightarrow (A\rightarrow B)\land(B\rightarrow A)
\leftrightarrow引入:ΓAB;ΓBAΓAB\frac {\Gamma\vdash A\rightarrow B;\Gamma\vdash B\rightarrow A} {\Gamma\vdash A\leftrightarrow B}
¬¬\neg\neg消除:Γ¬¬AΓA\frac {\Gamma\vdash\neg\neg A} {\Gamma\vdash A},以上源于重言式A¬¬AA\leftrightarrow\neg\neg A
¬¬\neg\neg引入:ΓAΓ¬¬A\frac {\Gamma\vdash A} {\Gamma\vdash\neg\neg A}
¬\neg消除:ΓA;Γ¬AΓB\frac {\Gamma\vdash A;\Gamma\vdash\neg A} {\Gamma\vdash B},即重言式¬A(AB)\neg A\rightarrow(A\rightarrow B)
¬\neg引入:Γ;AB;Γ;A¬BΓ¬A\frac {\Gamma;A\vdash B;\Gamma;A\vdash\neg B} {\Gamma\vdash \neg A},反证法是也
\rightarrow消除:ΓA;Γ;ABΓB\frac {\Gamma\vdash A;\Gamma;A\vdash B} {\Gamma\vdash B},即PC中分离规则
\rightarrow引入:Γ;ABΓAB\frac {\Gamma;A\vdash B} {\Gamma\vdash A\rightarrow B},即PC中演绎定理
\land消除:ΓABΓA,ΓABΓB\frac {\Gamma\vdash A\land B} {\Gamma\vdash A},\frac {\Gamma\vdash A\land B} {\Gamma\vdash B},源于重言式ABA,ABBA\land B\rightarrow A,A\land B\rightarrow B
\land引入:ΓA;ΓBΓAB\frac {\Gamma\vdash A;\Gamma\vdash B} {\Gamma\vdash A\land B},源于重言式AB(AB)A\rightarrow B\rightarrow(A\land B)
\vee消除:Γ;AC;Γ;BC;ΓABΓC\frac {\Gamma;A\vdash C;\Gamma;B\vdash C;\Gamma\vdash A\vee B} {\Gamma\vdash C},源于重言式(AC)(BC)(ABC)(A\rightarrow C)\land(B\rightarrow C)\land(A\vee B\rightarrow C)
\vee引入:ΓAΓAB,ΓAΓBA\frac {\Gamma\vdash A} {\Gamma\vdash A\vee B},\frac {\Gamma\vdash A} {\Gamma\vdash B\vee A},源于重言式AAB,ABAA\rightarrow A\vee B,A\rightarrow B\vee A
假设消除:Γ;AB;Γ;¬ABΓB\frac {\Gamma;A\vdash B ; \Gamma;\neg A\vdash B}{\Gamma\vdash B}
假设引入:ΓBΓ;AB\frac {\Gamma\vdash B} {\Gamma;A\vdash B},源于重言式A(BA)A\rightarrow(B\rightarrow A)
ND的推理规则围绕5个联结词展开,共14个
ABA\vdash BBAB\vdash A,记作ABA\vdash\dashv B,称A和B演绎等价
Γ={B}\Gamma=\left\{B\right\}ΓA\Gamma\vdash A简记为BAB \vdash A
记为ΓA\Gamma\vdash A,称AAΓ\Gamma的演绎结果
i=1,,m1\forall i=1,\cdots,m-1AiA_iΓ\Gamma中公式或PC中公理或Aj,AkA_j,A_k使用rmpr_{mp}导出公式
A1,,Am(=A)A_1,\cdots,A_m(=A)AAΓ\Gamma为前提的演绎
Γ\Gamma为PC中部分公式之集
Σ={(,),¬,,p1,,pn}\Sigma=\left\{(,),\neg,\rightarrow,p_1,\cdots,p_n\right\}
辅助符号:圆括号()
联结词完备集{,¬}\left\{ \rightarrow,\neg\right\}
原子变元符p1,,pn,p_1,\cdots,p_n,\cdots
用分配律展开,化简
对仅有部分变元的项进行补齐(合取项添加永假式,析取项添加永真式)
合并相同的合取/析取项或变元
除去其中所有永真/永假的项
求解命题公式A(p1,,pn)A(p_1,\cdots,p_n)的合取/析取范式
i=12nmi=T\vee_{i=1}^{2^n} m_i = T
任两不相同的极小项不同时为真
每个极小项有2n2^n种真值指派,其中为真的仅一种
命题公式A(p1,,pn)A(p_1,\cdots,p_n)2n2^n个极小项
Aj=Q1Q2QnA_j = Q_1\vee Q_2\vee\cdots\vee Q_n称极小项
1in,Qi=pi\forall 1\leqslant i\leqslant n,Q_i=p_i¬pi\neg p_i
1jk,Aj=Q1Q2Qn\forall 1\leqslant j \leqslant k,A_j = Q_1\vee Q_2\vee\cdots\vee Q_n
A(p1,,pn)=A1A2Ak(k1)A(p_1,\cdots,p_n)=A_1 \land A_2 \land \cdots \land A_k (k\geqslant 1)
析取项
合取项
任一命题A都存在与之等价的合取范式/析取范式
析取范式
合取范式
内否式
对偶式
可满足式
矛盾式(永假式)
重言式(永真式)
定义:对公式A(p1,,pn)A(p_1,\cdots,p_n)的任一种真值赋值
复合命题
单个命题变元
单个命题常元
有限次使用上述过程,均为命题公式
两命题公式经任一逻辑联结词形成的也是命题公式
原子命题是命题公式
归约
扩充
等价\leftrightarrow
蕴涵\rightarrow
否定¬\neg
析取\vee
合取\land
FND
FCM
完备性:BΓ,(TB)(ΓFCB)\forall B\in\Gamma,(\models_T B)\Rightarrow(\Gamma\vdash_{FC}B)
不一致扩充必定完全
不完全性:AΓ,(A)(¬A)=0\exists A\in\Gamma,(\vdash A)\vee(\vdash\neg A)=0
一致性:AΓ,(A)(¬A)=0\forall A\in\Gamma,(\vdash A)\land(\vdash\neg A)=0
AAFCFC公式,(ΓFCA)(ΓTA)(\Gamma\vdash_{FC}A)\Rightarrow(\Gamma\models_T A).
合理性:AΓ\forall A\in\Gamma,若FCA\vdash_{FC}A,则TA\models_TA.
说明:
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最终目的:通过对演算系统的研究,给出正确的逻辑推理形式及其规律
一阶语言中的个体词、谓词、函词、项等,均完全基于形式考虑,仅为字符串处理,未考虑语义
看我干什么?看书!
补充
补充/记忆
内容
个体变元、个体常元、n元函词、n元谓词、真值联结词(¬,)(\neg,\rightarrow)、量词、技术性括号等,分别如上所规定
最终构成合式公式
使用量词、函词、逻辑联结词
谓词分解为原子谓词,规定谓词符号
全称化
代入
可代入
易名规则
变元
合式公式
项(递归定义)
量词
函词
个体域
谓词
个体词
原理
无法体现研究对象特性及研究对象间逻辑关系
对原子命题内部结构不进行分析
命题逻辑把原子命题看作不可再分的基本单位
推理能力不足,如无法推理三段论内容
含有变元的判断难以处理
抽象性问题,知识表达能力不足
演绎
特点
规则内容
说明
Γ;AA\Gamma;A\vdash A
Th(PCΓ)={AΓPCA}Th(PC\bigcup\Gamma)=\left\{A|\Gamma\vdash_{PC}A\right\}
Th(PC)={APCA}Th(PC)=\left\{A|\vdash_{PC} A\right\}
A((A=0)(¬A=0))\exists A((\vdash A=0)\land(\vdash \neg A=0))
A((A)((¬A))=0)\forall A((\vdash A)\land(\vdash(\neg A))=0)
A\forall \vdash AAA永真
补充
定义
A为PC中定理,记为pcA\vdash_{pc}A
Ai(i=1,,m1)A_i(i=1,\cdots,m-1)或为公理,或为Aj(j<i)A_j(j<i),或为Aj,Ak(j,k<i)A_j,A_k(j,k< i)使用rmpr_{mp}导出公式
A1,,Am(=A)A_1,\cdots,A_m(=A)为公式A在PC中的一个证明
推理序列:A,AB,BA,A\rightarrow B,B
AAABA\rightarrow B均成立,则B成立
A3:(¬A¬B)(BA)A_3:(\neg A\rightarrow\neg B)\rightarrow(B\rightarrow A)
A2:(A(BC))((AB)(AC))A_2:(A\rightarrow (B\rightarrow C))\rightarrow((A\rightarrow B)\rightarrow(A\rightarrow C))
A1:A(BA)A_1:A\rightarrow(B\rightarrow A)
命题公式
用符号表示
构成元素
求解过程
极小项
主析取范式
主合取范式
范式定理
原理:替换原理
替换原理
代入原理
定义:若ABA \Rightarrow BBAB \Rightarrow A,则ABA\Leftrightarrow B
定义:若任一弄真公式A的指派亦必弄真公式B,称A逻辑蕴涵B,记作ABA \Rightarrow B
特殊命题公式
指派
类型
递归定义
联结词的扩充与归约
常见
命题变元
复合命题
原子命题
定义:具有唯一真值的陈述句
其他形式FC
FC性质定理
语义
定理
推理规则
公理
组成
自然语句的形式化
基本概念
根源
缺陷
基本定理
推理规则
公理
PC基于Γ\Gamma的扩充
PC的理论
不完全性
一致性
合理性
看我干什么?看书!
演绎
定理
证明(证明序列)
推理:分离规则(rmpr_{mp})
公理
形成规则
字符集
主范式
类型
原理
逻辑等价
逻辑蕴涵
命题公式
真值表
联结词
命题种类
一阶谓词演算形式系统(FC)
一阶谓词演算
命题逻辑的不足
组成
其他
PC的性质定理
PC定理
PC基本定理
PC组成
范式
逻辑关系
命题
一阶谓词演算(FC)
自然演绎推理系统(ND)
命题演算形式系统(PC)
命题逻辑
数理逻辑

2022.12


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