Matematická logika. Miroslav Kolařík



Podobné dokumenty
Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

DISKRÉTNÍ MATEMATIKA PRO INFORMATIKY I

09. seminář logika (úvod, výroková).notebook. November 30, Logika

Úvod do logiky a logického programování.

Logika 5. Základní zadání k sérii otázek: V uvedených tezích doplňte z nabízených adekvátní pojem, termín, slovo. Otázka číslo: 1. Logika je věda o...

Implikace letitá, ale stále atraktivní dáma

Která tvrzení jsou pravdivá nezávisle na tom, který den v týdnu byla vyslovena? Tvrzení trosečníka Dana.

Logika I. RNDr. Kateřina Trlifajová PhD. Katedra teoretické informatiky Fakulta informačních technologíı BI-MLO, ZS 2011/12

Matematická logika. Miroslav Kolařík

Matematika pro informatiky KMA/MATA

Klasická výroková logika - tabulková metoda

KMA/MDS Matematické důkazy a jejich struktura

Matematická logika. Lekce 1: Motivace a seznámení s klasickou výrokovou logikou. Petr Cintula. Ústav informatiky Akademie věd České republiky

Pravda jako funkce - ano, nebo ne?

Spojování výroků (podmínek) logickými spojkami

Matematická logika. 1

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík. Zpracováno dle učebního textu prof. Bělohlávka: Úvod do informatiky, KMI UPOL, Olomouc 2008.

Základy informatiky. Výroková logika

Každé formuli výrokového počtu přiřadíme hodnotu 0, půjde-li o formuli nepravdivou, a hodnotu 1, půjde-li. α neplatí. β je nutná podmínka pro α

teorie logických spojek chápaných jako pravdivostní funkce

Matematická logika. Miroslav Kolařík

AD4M33AU Automatické uvažování

Výroková logika. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

Základy logiky a teorie množin

LOGIKA VÝROKOVÁ LOGIKA

1. Základy logiky a teorie množin

Logika II. RNDr. Kateřina Trlifajová PhD. Katedra teoretické informatiky Fakulta informačních technologíı BI-MLO, ZS 2011/12

1. Matematická logika

MNOŽINY. x A. Jeho varianty paradox mostu se šibenicí, paradox holiče.

Základní pojmy matematické logiky

Místo pojmu výroková formule budeme používat zkráceně jen formule. Při jejich zápisu

1 Výroková logika 1. 2 Predikátová logika 3. 3 Důkazy matematických vět 4. 4 Doporučená literatura 7

Formální systém výrokové logiky

Jak je důležité být fuzzy

λογος - LOGOS slovo, smysluplná řeč )

Úvod do logiky (presentace 2) Naivní teorie množin, relace a funkce

Úvod do logiky. (FLÚ AV ČR) Logika: CZ.1.07/2.2.00/ / 23

Dodatek č. 3 ke školnímu vzdělávacímu programu. Strojírenství. (platné znění k )

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE. Pedagogická fakulta. Katedra matematiky a didaktiky matematiky. Metody řešení slovních úloh pomocí logiky

1. Matematická logika

KATEDRA INFORMATIKY UNIVERZITA PALACKÉHO ÚVOD DO INFORMATIKY VÝVOJ TOHOTO UČEBNÍHO TEXTU JE SPOLUFINANCOVÁN

Okruh č.3: Sémantický výklad predikátové logiky

Vysoká škola ekonomická v Praze

Obsah Předmluva Rekapitulace základních pojmů logiky a výrokové logiky Uvedení do predikátové logiky...17

Výroková logika dokazatelnost

Matematická analýza 1

Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. Matematika. Příručka pro přípravu k přijímacím zkouškám

Součin matice A a čísla α definujeme jako matici αa = (d ij ) typu m n, kde d ij = αa ij pro libovolné indexy i, j.

Výbor textů k moderní logice

1. Predikátová logika jako prostedek reprezentace znalostí

Složené výroky Jsou tvořeny dvěma nebo více výroky jednoduššími. V : Číslo 8 je liché. V : 0,1 N. V : Paříž je hl. město Španělska.

1 Predikátová logika. 1.1 Syntax. jaký mohou mít formule význam (sémantiku). 1. Logických symbolů: 2. Speciálních (mimologických) symbolů:

Booleovská algebra. Booleovské binární a unární funkce. Základní zákony.

Matematická logika. Miroslav Kolařík

Matematická logika. Rostislav Horčík. horcik

SINGULÁRNÍ VÝROKY: Jednoduchý singulární výrok vznikne spojením singulárního termínu s termínem obecným pomocí spony=slova je.

Rejstřík. anotace 167 krok 167 nepřímý 169 podmiňovaný 181 rezolucí 210 rozborem případů 170 sporem 170 z hypotéz 167 z předpokladů 167 Duns Scotus 79

Matematika I. Přednášky: Mgr. Radek Výrut, Zkouška:

Převyprávění Gödelova důkazu nutné existence Boha

KMA/MDS Matematické důkazy a jejich struktura

Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a informatiky Ústav biomedicínského inženýrství EXPERTNÍ SYSTÉMY.

výrok-každésdělení,uněhožmásmyslseptát,zdaječinenípravdivé, aproněžprávějednaztěchtodvoumožnostínastává.

Výroková logika - opakování

Logika. 2. Výroková logika. RNDr. Luděk Cienciala, Ph. D.

Úvod do logiky (VL): 2. Uvedení do výrokové logiky

Predikátová logika. Z minula: 1. jazyk logiky 1. řádu. 2. term a formule. 3. interpretace jazyka (relační struktura) 4. Tarského definice pravdy

Logika. 6. Axiomatický systém výrokové logiky

GRAFY A GRAFOVÉ ALGORITMY

Večerní kurzy matematiky Letní studentská konference Tudy Cesta Nevede

Normální formy. (provizorní text)

Matematická logika. Rostislav Horčík. horcik

Logika, výroky, množiny

Úvod do teoretické informatiky

1 Výrok a jeho negace

Vyhněte se katastrofám pomocí výpočetní matematiky

ZÁKLADY LOGIKY A METODOLOGIE

Jak jsem potkal logiku. Převod formule do (úplného) disjunktivního tvaru. Jan Hora

VY_42_Inovace_12_MA_2.01_ Výroky. Prezentace určena pro první ročník maturitních oborů, ve které je vysvětlení učiva výroky.

Výroková a predikátová logika - I

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

Jazyk matematiky Matematická logika Množinové operace Zobrazení Rozšířená číslená osa

Přednáška 2: Formalizace v jazyce logiky.

Predikátová logika. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

4.2 Syntaxe predikátové logiky

Binární logika Osnova kurzu

Úvod do logiky (VL): 8. Negace výroků

Klasická predikátová logika

7 Jemný úvod do Logiky

VÝUKOVÝ MATERIÁL. Bratislavská 2166, Varnsdorf, IČO: tel Číslo projektu

Výpočetní složitost I

Úvod do teorie množin a logiky 2

Matematika B101MA1, B101MA2

Matematicko-fyzikální fakulta UK. Predikátová logika

Úvod do logiky (VL): 5. Odvození výrokových spojek z jiných

- existuje..., negace: pro všechny neplatí,... - pro všechna..., negace: existuje, že neplatí,...

KMA/MDS Matematické důkazy a jejich struktura

1 Úvod do matematické logiky

Logika a jazyk. filosofický slovník, Praha:Svoboda 1966)

Logika. Akademie managementu a komunikace, Praha PhDr. Peter Jan Kosmály, PhD.

Logika a studijní předpoklady

Transkript:

Matematická logika přednáška první Miroslav Kolařík Zpracováno dle textu R. Bělohlávka: Matematická logika poznámky k přednáškám, 2004. a dle učebního textu R. Bělohlávka a V. Vychodila: Diskrétní matematika pro informatiky I, Olomouc 2006.

Obsah 1 Co a k čemu je logika? 2 Vztah logiky a informatiky 3 Stručná historie logiky 4 Logické paradoxy 5 Základní syntaktické pojmy VL

Obsah 1 Co a k čemu je logika? 2 Vztah logiky a informatiky 3 Stručná historie logiky 4 Logické paradoxy 5 Základní syntaktické pojmy VL

Co je logika? Logika je vědou o správném usuzování. V logice jde o formu usuzování, ne o obsah usuzování. Logika má proto symbolický charakter. Pro uvedené rysy bývá moderní logika označována jako logika formální, popř. symbolická. Je pochopitelné, že symbolický charakter umožňuje logice snadněji odhlédnout od obsahu a soustředit se na formy usuzování. Logika zkoumá pojmy jako je pravdivost, dokazatelnost, vyvratitelnost a zabývá se jejich vzájemnými vztahy. Logika si klade otázky typu: "Je každé dokazatelné tvrzení pravdivé?", "Co plyne z toho, že jsme došli nějakou úvahou ke sporu?".

Logikou se zabývají filozofové, právníci, matematici a informatici, přičemž zájem a cíl bývá odlišný. Poznamenejme, že pro informatika je logika nejen nástrojem, ale i plnoprávnou disciplínou zkoumanou v rámci teoretické informatiky. Hlavními rysy soudobé logiky jsou idealizace a formalizace logika zkoumá pouze formu usuzování, nezabývá se obsahem tvrzení, psychologickými interpretacemi, apod.

Formalizace pojmů Specifikujme nyní jak logika formalizuje pojmy jako je tvrzení a úsudek. Formalizace pojmů a práce s nimi je ve skutečnosti závislá na konkrétním logickém kalkulu (soubor pravidel, která mimo jiné specifikují jak "jemná" formalizace se používá), se kterým pracujeme. Uvažujme tvrzení: "Pokud má Petr 20 Kč, pak si může koupit čokoládu." V případě, že si nebudeme všímat struktury v jednotlivých větách tohoto souvětí, jde o tvrzení tvaru "Jestliže A, pak B". Ve druhé větě se vyskytuje vazba "moci", z tohoto úhlu pohledu se jedná o tvrzení tvaru "Jestliže A, pak může B". Při ještě jemnější formalizaci bychom mohli zachytit i jednotlivé objekty ("20 Kč", "čokoláda", "Petr") a vztahy mezi nimi ("mít", "koupit"). Poznamenejme už nyní, že výroková logika zkoumá usuzování (z pohledu formalizace) na úrovni vět v souvětích; predikátová logika zkoumá usuzování (z pohledu formalizace) až na úrovni jednotlivých větných členů.

Co je matematická logika? Učiníme-li studium forem usuzování předmětem našeho zájmu, vzniká přirozeně otázka, jakých metod při tomto studiu používat. O matematické logice hovoříme, rozhodneme-li se používat metod matematiky. Studiem logiky matematickými prostředky lze dosáhnout hlubokých výsledků některé z nich si později ukážeme. Někdy bývá uváděno, že logika se dělí na matematickou logiku a filozofickou logiku. Toto dělení má své historické důvody. V současné době je však toto rozdělení umělé, nepřirozené a překonané.

Logika klasická a neklasická Klasickou logikou se rozumí logika, ve které předpokládáme, že tvrzení mohou nabývat dvou pravdivostních hodnot (pravda a nepravda), ve které tvrzení mohou být spojována ve tvrzení složitější spojkami "není pravda, že... ", "... a... ", "... nebo... ", "jestliže..., pak... ", "... právě když... " a kvantifikátory "pro každé x... " a "existuje x, pro které... " a ve které pravdivostní hodnoty složených tvrzení závisí na pravdivostních hodnotách skládaných tvrzení. Jiná logika se považuje za neklasickou (tvrzení mohou nabývat více pravdivostních hodnot nebo je možné používat i jiné spojky nebo mají spojky jiný význam apod.).

Příklady neklasických logik (a) modální logika (logika modalit: možnosti, nutnosti): používá neklasické spojky "je možné, že... ", "je nutné, že... " (b) epistemická logika (logika znalostí): používá neklasické spojky "ví se, že... ", "věří se, že... " (c) temporální logika (logika času): zabývá se tvrzeními, ve kterých hraje roli čas. (d) fuzzy logika (logika více pravdivostních hodnot): zabývá se tvrzeními, které mohou mít kromě pravdivostních hodnot pravda a nepravda i jiné hodnoty.

Logika čistá a aplikovaná Aplikovanou logikou se někdy rozumí studium problémů, které vznikají při pokusu použít logiku na tu či onu oblast, která má oproti situaci, kdy nás zajímá usuzování vůbec, svá specifika. Tato specifika umožňují řadu dodatečných (zjednodušujících) předpokladů, díky kterým se ve specifických oblastech metodami logiky dosahuje pozoruhodných výsledků. Čistou logikou se v této souvislosti rozumí logika všeobecná, zabývající se formami usuzování bez ohledu na konkrétní oblasti použití.

Logika výroková a predikátová Nejprve se budeme zabývat tzv. výrokovou logikou (VL), poté tzv. predikátovou logikou (PL). Poznamenejme, že nejde "o dvě různé logiky". PL je rozšířením VL (přesněji řečeno zjemněním VL). Bylo by tedy možné VL vynechat a zabývat se rovnou PL. Protože je však VL jednodušší a protože nám navíc umožní ilustrovat základní problémy logiky v dostatečné míře, začneme z didaktických důvodů VL. (O tom jaký je přesně vztah mezi VL a PL se zmíníme později.)

Obsah 1 Co a k čemu je logika? 2 Vztah logiky a informatiky 3 Stručná historie logiky 4 Logické paradoxy 5 Základní syntaktické pojmy VL

Vztah logiky a informatiky I Vztah logiky a informatiky je bohatý a různorodý. Se základy logiky by měl být obeznámen každý informatik. Znalost základů logiky nám umožňuje srozumitelně a jednoznačně se vyjadřovat a argumentovat. To je pochopitelně užitečné pro každého, nejen pro informatika. Pro informatika je to však navýsost důležité, protože svoje konstrukce a návrhy musí "sdělit počítači", např. ve formě zdrojového kódu napsaného ve vhodném programovacím jazyce. Zdrojový kód obvykle obsahuje výrazy, které se vyhodnocují podle pravidel logiky (např. podmínky v příkazech větvení "if... then... else... "). Logika nás těmto pravidlům učí.

Vztah logiky a informatiky II Zdrojový kód musí být přesný, jinak je program chybný. Chyby mohou mít dalekosáhlé následky (pomysleme na program pro výpočet mezd, program pro řízení elektrárny apod.). Zdrojový program musí být také srozumitelný, jinak mu nikdo jiný než jeho autor nebude rozumět (a po čase mu nebude rozumět ani jeho autor). Logika nás učí přesnosti i srozumitelnosti. To je další významný efekt studia logiky. Pokročilejší partie logiky jsou základem důležitých oblastí informatiky, pro příklad jmenujme logické programování, umělou inteligenci, expertní systémy, analýzu dat.

Vztah logiky a informatiky III Vztah logiky a informatiky je velmi těsný. Logika je důležitá v informatice (formální metody specifikace, verifikace a analýzy dat) a elektrotechnice (logika el. obvodů). Naopak, výsledky informatických disciplín (teorie informace, teorie jazyků) jsou nepostradatelné v logice. Logika se zabývá například algoritmickými aspekty usuzování a konstrukcí automatických dokazovacích systémů jde o speciální algoritmy, které jsou schopny, byt omezeně, mechanicky odvozovat tvrzení z jiných.

Obsah 1 Co a k čemu je logika? 2 Vztah logiky a informatiky 3 Stručná historie logiky 4 Logické paradoxy 5 Základní syntaktické pojmy VL

Velmi stručná historie logiky I Logika je stejně stará disciplína jako filozofie. Od 6. st. př. n. l. se v Indii, Číně i v Řecku prosazoval racionální způsob uvažování, jehož základem byla logika. Za zakladatele logiky je pokládán Aristoteles (384 322 př. n. l.), který podal systematický popis některých typů uvažování a oddělil správné úvahy od nesprávných. (Doba rozkvětu logiky u Řeků trvala asi 150 let.) Současně se v Megarské škole rozvíjelo zkoumání myšlení; nejvíce vynikl Eukleidés z Megar (zemřel roku 360 př. n. l.), který jako první definoval axiomatický systém. Pokračovateli byli stoikové, zejména Zenón a Chrýsippos.

Velmi stručná historie logiky II V 19. století začal rozvoj symbolické (matematické) logiky. Podněty k intenzivnímu zkoumání přinesly logické paradoxy (například v teorii množin). Slova běžného jazyka byla odstraněna, logika získala formální charakter. Z nejvýznamějších představitelů logiky 19. a 20. století n. l. jmenujme alespoň: B. Bolzano, G. Boole, A. de Morgan, G. Frege, G. Peano, D. Hilbert, B. Russell, A. Tarski, T. Skolem, A. Church, J. Herbrand, A. Turing, G. Gentzen a K. Gödel.

Obsah 1 Co a k čemu je logika? 2 Vztah logiky a informatiky 3 Stručná historie logiky 4 Logické paradoxy 5 Základní syntaktické pojmy VL

Logické paradoxy Formalizace usuzování je podstatná i vzhledem k (logickým) paradoxům: paradox lháře "V tomto okamžiku lžu." Grellingův paradox Adjektiva dělíme na autologická (mají vlastnost, kterou vyjadřují, například "čtyřslabičný", "český") a heterologická (nemají vlastnost, kterou vyjadřují, například "jednoslabičný", "anglický"). Každé adjektivum patří právě do jedné třídy. Do jaké třídy patří slovo "heterologický"? Russelův paradox Definujme normální množinu jako množinu, která neobsahuje samu sebe (tj. není svým vlastním prvkem). Je množina M všech normálních množin normální množinou? Všimněme si, že předchozí paradoxy jsou založeny na tom, že výpověd se vztahuje sama na sebe.

Obsah 1 Co a k čemu je logika? 2 Vztah logiky a informatiky 3 Stručná historie logiky 4 Logické paradoxy 5 Základní syntaktické pojmy VL

VL se zabývá formálním usuzováním o výrocích, tj. o tvrzeních, u kterých má smysl uvažovat o jejich pravdivosti. Přirozený jazyk (čeština) se pro formalizaci nehodí je komplikovaný a nejednoznačný. Chceme-li zkoumat formy usuzování o výrocích bez ohledu na jejich obsah, bude užitečné označovat výroky pomocí symbolů. Atomické (dále nedělitelné) výroky, např. "Sněží." budeme označovat spec. symboly, tzv. výrokovými symboly. Spojky, kterými se výroky spojují ve složené výroky, budeme označovat symboly výrokových spojek. Dovolíme ještě použít pomocné symboly závorky. Tedy například místo výroku "Jestliže sněží a mrzne, pak lze stavět sněhuláky." napíšeme (p q) r.

Jazyk VL Následuje definice (formálního) jazyka VL. Definice Jazyk výrokové logiky se skládá z výrokových symbolů p,q,r,..., popř. s indexy, p 1,p 2,...; předpokládáme, že máme spočetně mnoho výrokových symbolů; symbolů výrokových spojek (negace), (implikace) [případně dále (konjunkce), (disjunkce), (ekvivalence)]; pomocných symbolů (, ), [, ] (různé druhy závorek). Formální jazyk odstraňuje nevýhody přirozeného jazyka. V jazyku VL například nejsou formulovatelná tvrzení obsahující autoreference (viz paradoxy).

Formule VL Ze symbolů jazyka sestávají formule VL. (Poznamenejme, že formule jsou přesným zavedením intuitivního pojmu výrok.) Definice Necht je dán jazyk výrokové logiky. Formule daného jazyka výrokové logiky je definována následovně každý výrokový symbol je formule (tzv. atomická formule); jsou-li ϕ a ψ formule, jsou i výrazy ϕ, (ϕ ψ) formule. Formule jsou tedy jisté konečné posloupnosti symbolů jazyka VL. Například posloupnosti q 3, p, (( r q) r) jsou formule VL, naproti tomu posloupnosti (p), q, p p, (( nejsou formule VL. (Stejně tak "Prší sněží.", " prší" nejsou formule VL.)