Výroková logika. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

Podobné dokumenty
Formální systém výrokové logiky

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

Základy logiky a teorie množin

Predikátová logika. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

Matematická logika. Miroslav Kolařík

teorie logických spojek chápaných jako pravdivostní funkce

Matematická logika. Rostislav Horčík. horcik

Výroková a predikátová logika - II

Výroková a predikátová logika - II

Výroková a predikátová logika - II

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

Výroková logika - opakování

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

postaveny výhradně na syntaktické bázi: jazyk logiky neinterpretujeme, provádíme s ním pouze syntaktické manipulace důkazy

Logika. 6. Axiomatický systém výrokové logiky

Sémantika výrokové logiky. Alena Gollová Výroková logika 1/23

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

Logika a logické programování

Výroková logika. Sémantika výrokové logiky

Základy matematické logiky

LOGIKA VÝROKOVÁ LOGIKA

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

Logika Libor Barto. 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

Klasická výroková logika - tabulková metoda

Základní pojmy matematické logiky

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

Úvod do TI - logika Výroková logika - pokračování (3.přednáška) Marie Duží

Predikátová logika. prvního řádu

přednáška 2 Marie Duží

Pro každé formule α, β, γ, δ platí: Pro každé formule α, β, γ platí: Poznámka: Platí právě tehdy, když je tautologie.

Výroková a predikátová logika - IX

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

Matematická analýza 1

Unární je také spojka negace. pro je operace binární - příkladem může být funkce se signaturou. Binární je velká většina logických spojek

Matematická indukce, sumy a produkty, matematická logika

Marie Duží

Úvod do výrokové a predikátové logiky

Výroková logika dokazatelnost

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

Výroková a predikátová logika - III

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

Matematika pro informatiky KMA/MATA

ZÁKLADY LOGIKY A METODOLOGIE

Výroková a predikátová logika - III

Úvod do TI - logika Výroková logika (2.přednáška) Marie Duží

Hilbertovský axiomatický systém

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

Logika. 5. Rezoluční princip. RNDr. Luděk Cienciala, Ph. D.

Výroková a predikátová logika - V

Rezoluční kalkulus pro výrokovou logiku

Teorie množin. Čekají nás základní množinové operace kartézské součiny, relace zobrazení, operace. Teoretické základy informatiky.

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

Cvičení z logiky II.

1 Úvod do matematické logiky

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

Kapitola 1. Úvod. 1.1 Značení. 1.2 Výroky - opakování. N... přirozená čísla (1, 2, 3,...). Q... racionální čísla ( p, kde p Z a q N) R...

Teoretická informatika Tomáš Foltýnek Úvod do předmětu Formalismus a jeho užití Teorie a axiomy

1. Predikátová logika jako prostedek reprezentace znalostí

Výroková a predikátová logika - VII

Disjunktivní a konjunktivní lní tvar formule. 2.přednáška

1. Matematická logika

0. ÚVOD - matematické symboly, značení,

Systém přirozené dedukce výrokové logiky

Výroková logika syntaxe a sémantika

1. Matematická logika

Výroková a predikátová logika - IV

4.2 Syntaxe predikátové logiky

Sémantika predikátové logiky

Matematická logika. Miroslav Kolařík

1. Základy logiky a teorie množin

Kapitola Výroky

Výroková a predikátová logika - VII

1 Základní pojmy. 1.1 Množiny

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

6. Logika a logické systémy. Základy logiky. Lucie Koloušková, Václav Matoušek / KIV. Umělá inteligence a rozpoznávání, LS

2.2 Sémantika predikátové logiky

Booleova algebra. ZákonyBooleovy algebry Vyjádření logických funkcí

Abstrakt Text je určen jako doplňkový k přednášce Matematická logika a Paradigmata programování 4.

Teoretická informatika Tomáš Foltýnek Teorie čísel Nekonečno

λογος - LOGOS slovo, smysluplná řeč )

Matematické důkazy Struktura matematiky a typy důkazů

Spojování výroků (podmínek) logickými spojkami

vhodná pro strojové dokazování (Prolog) metoda založená na vyvracení: dokazuje se nesplnitelnost formulí

Matematika B101MA1, B101MA2

Negativní informace. Petr Štěpánek. S použitím materiálu M.Gelfonda a V. Lifschitze. Logické programování 15 1

Aplikovaná matematika I, NMAF071

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

Výroková a predikátová logika - IX

Matematická logika. Rostislav Horčík. horcik

Výroková a predikátová logika - XI

Okruh č.3: Sémantický výklad predikátové logiky

Další (neklasické) logiky. Jiří Velebil: AD0B01LGR 2015 Predikátová logika 1/20

Úvod do logiky (VL): 13. Axiomatické systémy VL a pojem důkazu

výrok-každésdělení,uněhožmásmyslseptát,zdaječinenípravdivé, aproněžprávějednaztěchtodvoumožnostínastává.

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

Matematická logika. Rostislav Horčík. horcik

Logické programy Deklarativní interpretace

Predikátová logika dokončení

1. MATEMATICKÁ LOGIKA A MNOŽINY

Transkript:

Výroková logika Teoretická informatika Tomáš Foltýnek foltynek@pef.mendelu.cz

Teoretická informatika strana 2 Opakování z minulé přednášky Co je to formalismus a co je jeho cílem? Formulujte Russelův paradox naivní teorie množin V čem spočívaly tzv. krize matematiky? Jak se buduje axiomatická teorie? Jaký je rozdíl mezi teorií a jejím modelem? Co je to neeuklidovská geometrie? Co je to nezávislost, úplnost a bezespornost axiomatického systému? Formulujte Gödelovy věty o neúplnosti

Teoretická informatika 3 Literatura J. Rosický: Teorie množin (MU) úvod ftp://www.math.muni.cz/pub/math/people/rosicky/lectures/tma.ps J. Rosický: Logika (MU) ftp://www.math.muni.cz/pub/math/people/rosicky/lectures/l.ps M. Kuba: ZKUSTO Logika I. (MU) http://www.fi.muni.cz/zkusto/logika.ps.gz M. Marvan: Algebra I. (SLU) http://www.math.slu.cz/studmat/algebra0203z/i-m1tvrzeni.pdf J. Šerák: ZKUSTO Logika II. (MU) http://www.fi.muni.cz/zkusto/l2.ps.gz use Google;

Teoretická informatika 4 Opakování: Jazyk VL Výroky označíme symboly výrokové proměnné logické proměnné atomické výrokové formule a, b, c, p, q, r, s, x, y, z, Pro logické spojky zavedeme symboly,,,, Pro zápis priority slouží kulaté závorky (, )

Teoretická informatika 5 Opakování: Výrokové formule Za výrokovou formuli (VF) budeme považovat takovou posloupnost symbolů jazyka VL, pro kterou platí: Každá výroková proměnná je (atomická) VF Je-li a VF, pak také a je VF Jsou-li a, b VF, pak také (a b), (a b), (a b), (a b) jsou VF Nic jiného není VF

Teoretická informatika 6 Opakování: Podformule Formule b se nazývá bezprostřední podformulí formule c, má-li c jeden z následujících tvarů: b, (a b), (b a), (a b), (b a), (a b), (b a), (a b), (b a) Formule b se nazývá (běžnou) podformulí formule c, jestliže existuje taková posloupnost formulí c 1, c 2,, c m, m 1, že c 1 = b, c m = c a c i-1 je bezprostřední podformulí formule c i pro každé i = 2, 3, m. Rozklad formule na podformule tvoří stromovou strukturu až k atomickým formulím

Teoretická informatika 7 Opakování: Pravdivostní hodnota I. Pravdivostní hodnotou (elementárního) výroku je zobrazení v: V 0 {0,1} kde V 0 je množina výrokových proměnných Zobrazení přiřazuje každému výroku (výrokové proměnné) hodnotu PRAVDA/NEPRAVDA, TRUE/FALSE, 0/1 tedy jednobitovou informaci

Teoretická informatika strana 8 Opakování: Pravdivostní hodnota II. Zobrazení v rozšíříme na množinu všech VF. Dostáváme zobrazení v : V {0,1} definované takto: v (a) = v(a) pro a V 0 jsou-li a,b VF, pak v ( a), v (a b), v (a b), v (a b), v (a b) jsou definovány tabulkou: a b a a b a b a b a b 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1

Teoretická informatika 9 Opakování: Tautologie a kontradikce Výrokovou formuli nazveme tautologie, pokud je vždy pravdivá bez ohledu na pravdivostní hodnotu výrokových proměnných, které obsahuje. Výrokovou formuli nazveme kontradikce, pokud je vždy nepravdivá bez ohledu na pravdivostní hodnotu výrokových proměnných, které obsahuje Formule, která není ani tautologie, ani kontradikce, se nazývá splnitelná formule

Teoretická informatika 10 Opakování: Význačné tautologie Zákon sporu: (p p) Zákon vyloučení třetího: p p Zákon totožnosti: p p Zákon dvojí negace: p p Claviův zákon (reductio ad absurdum): ( p p) p (p p) p Zákon Dunse Scota: (p p) q

Teoretická informatika 11 Opakování: Logická ekvivalence Řekneme, že formule p a q jsou logicky ekvivalentní, jestliže výroková formule a b je tautologie Logicky ekvivalentní výroky mají tedy vždy stejnou pravdivostní hodnotu Příklady logicky ekvivalentních výroků (p (q r))) ((p q) r)) (p q) ((p q) (q p))

Teoretická informatika 12 Opakování: Pravidla úpravy VF Obměna implikace (a b) ( b a) Tranzitivita implikace Zákon hypotetického sylogismu ((p q) (q r)) (p r) Komutativita (a b) (b a) (a b) (b a) (a b) (b a) NE implikace! Asociativita ((a b) c) (a (b c)) ((a b) c) (a (b c)) ((a b) c) (a (b c)) Ne implikace! Distributivní zákony (a (b c)) ((a b) (a c)) (a (b c)) ((a b) (a c)) Konjunkce implikuje každý ze svých členů (p q) p (p q) q Disjunkce je implikována každým ze svých členů p (p q) q (p q) demorganovy zákony (a b) ( a b) (a b) ( a b) Pravidla pro negování (a b) (a b) (a b) ((a b) (b a))

Teoretická informatika 13 Opakování: Úplný systém spojek Řekneme, že množina logických spojek L tvoří úplný systém, jestliže ke každé formuli existuje formule s ní ekvivalentní a obsahující pouze spojky z L. Úplný systém log. spojek tvoří: negace a implikace negace a konjunkce negace a disjunkce Otázka: Kolik různých (binárních) logických spojek můžeme definovat? Netvoří některá z nich sama o sobě úplný systém?

Teoretická informatika 14 Opakování: Piercova a Shefferova spojka Shefferova spojka (NAND) (a b) (a b) Piercova spojka (NOR) (a b) (a b) Všechny logické spojky je možné vyjádřit pouze pomocí Shefferovy/ Piercovy spojky

Teoretická informatika 15 Opakování: DNF Výroková formule je v disjunktivní normální formě (DNF), je-li disjunkcí formulí, pro které platí: každá je konjunkcí atomických výrokových formulí a jejich negací v žádné se nevyskytuje žádná atomická formule současně se svou negací DNF je úplná, pokud jsou ve všech konjunkcích stejné atomické formule

Teoretická informatika 16 Opakování: KNF Výroková formule je v konjunktivním normálním tvaru (KNF), je-li konjunkcí formulí, pro které platí: každá je disjunkcí atomických výrokových formulí a jejich negací v žádné se nevyskytuje žádná atomická formule současně se svou negací KNF je úplná, pokud jsou ve všech konjunkcích stejné atomické formule

Teoretická informatika 17 Opakování: DNF a KNF Ke každé výrokové formuli lze nalézt ekvivalentní formuli v úplném DNF a KNF Úplný DNF/KNF je určen jednoznačně až na volbu a pořadí proměnných I prázdná disjunkce (disjunkce prázdné množiny konjunkcí) je v DNF a v KNF Jaký je algoritmus převodu do DNF/KNF?

Teoretická informatika 18 Opakování: postfixový zápis Jakoukoliv formuli obsahující binární operátory lze psát infixově 2 + 3 a b prefixově + 2 3 a b postfixově 2 3 + a b Formule zapsané v postfixu lze vyhodnocovat pomocí zásobníkového automatu Protože jazyk VL i jazyk aritmetických výrazů (atd.) jsou CFL

Teoretická informatika 19 Formální výstavba výrokové logiky Abeceda množina symbolů jazyka výrokové logiky (definováno dříve) Formule definujeme analogicky pomocí základní dvojice log. spojek Jazyk tvořen abecedou a formulemi Axiomy je jich nekonečně mnoho, lze je však zadat pomocí základních schémat axiomů výrokové logiky

Teoretická informatika 20 Pozor! V axiomatické výstavbě se neptáme na význam Podobnost s reálným světem je čistě náhodná a je jen vaší představou Axiomatická výstavba zná jen negaci a implikaci ostatní spojky jsou definovány pomocí nich pravdivostní tabulka implikace není definována, ale plyne z axiomů Otázka: Co z dosud probraných částí VL byla axiomatická teorie (syntaxe) a co model (sémantika)?

Teoretická informatika 21 Schémata pro axiomy VL Pro libovolné formule A, B, C je každá formule některého z následujících tří tvarů axiomem VL: (A1) A (B A) (A2) (A (B C)) ((A B) (A C)) (A3) ( B A) (A B)

Teoretická informatika 22 Odvozovací pravidlo Jediné pravidlo (jediná operace) podporovaná v axiomatice VL modus ponens (pravidlo odloučení) značíme MP Čteme: Z formulí A, (A B) se odvodí B záležitost sémantiky (interpretace) A, (A B) se nazývají předpoklady B se nazývá závěr odvozovacího pravidla

Teoretická informatika strana 23 Substituce Substituce je konečné zobrazení množiny proměnných na formule A[φ/ϕ] značí nahrazení každého výskytu proměnné φ formulí ϕ Jazyk VL je uzavřen vzhledem k substituci tj. jsou-li A a ϕ formule a φ výroková proměnná, pak i A[φ/ϕ] je formule.

Teoretická informatika 24 Syntaktická dokazatelnost ve VL (Syntaktickým) důkazem ve VL rozumíme konečnou posloupnost VF takovou, že pro danou VF jsou všechny předcházející VF buď axiomem, nebo závěrem pravidla MP, jehož předpoklady jsou mezi předcházejícími VF Formule A je (syntakticky) dokazatelná, jestliže existuje důkaz, jehož poslední VF je A Syntaktickou dokazatelnost značíme A

Teoretická informatika 25 Příklad: Důkaz formule A A Pro lib. formuli A je A A Důkazem je posloupnost formulí (1) A ((A A) A) A1 (2) (A ((A A) A)) ((A (A A)) (A A)) A2 (3) (A (A A)) (A A) (1),(2) MP (4) A (A A) A1 (5) A A (3),(4) MP

Teoretická informatika strana 26 Sémantická dokazatelnost ve VL Pravdivostní hodnota výrokových proměnných odpovídá interpretaci (realizaci) jazyka VL. Řekneme, že formule ϕ (sémanticky) vyplývá z formule φ právě tehdy, když v každé interpretaci, v níže je pravdivá formule φ, je pravdivá i formule ϕ. Sémantickou dokazatelnost značíme φ ϕ

Teoretická informatika 27 Zobecnění dokazatelnosti Dokazatelnost zobecníme na T A Definici dokazatelnosti rozšíříme. Na místě předcházejících formulí mohou být axiomy závěry pravidla MP formule z konečné množiny formulí T Množina T nazýváme teorie

Teoretická informatika 28 Věta o dedukci Připomeňme, že matematika je deduktivní věda potřeba dedukce Nechť T je množina formulí VL a A, B jsou výrokové formule. Pak (T (A B) (T {A} B) Zavedeme zápis T, A místo T {A} Věta o dedukci je další operace, kterou můžeme používat v důkazech

Teoretická informatika 29 Příklad: Důkaz VF A (A B) Pro lib. VF A, B je A (A B) Důkazem je posloupnost formulí (1) A ( B A) A1 (2) A B A VD (3) ( B A) (A B) A3 (4) A A B (2),(3) MP (5) A (A B) VD

Teoretická informatika 30 Věta o neutrální formuli Nechť T je množina VF a nechť A, B jsou výrokové formule. Pak (T, A B) (T, A B) (T B) Nástin důkazu: (T, A B) (T, A B) (T, A, A B) (T (A A) B (T B)

Teoretická informatika 31 Věta o úplnosti Libovolná formule VL je dokazatelná právě tehdy, když je to tautologie Most mezi axiomatickou a intuitivní VL Důkaz Všechny axiomy jsou tautologie Odvozovací pravidlo odvodí tautologii jen z tautologií Důkaz Je třeba ukázat úplnost axiomatického systému Mimo rámec předmětu

Teoretická informatika 32 K procvičení I. Nalezněte tři další tautologie a tři kontradikce ve výrokové logice Formuli (a (b c) (( a c) b) negujte převeďte do DNF a KNF převeďte do postfixu Vyjádřete pomocí,, Vyjádřete,, pomocí, Vyjádřete,,,,, pomocí Vyjádřete,,,,, pomocí

Teoretická informatika 33 K procvičení II. Dokažte ve výrokové logice zákon dvojí negace A A obrácený zákon dvojí negace A A obměnu implikace (A B) ( B A) formuli A ( B (A B)) čili pravidlo pro negování implikace formuli ( A A) A čili Claviův zákom