Satslogik grundläggande definitioner 3. Satslogik. Uppgift 1. Satslogikens syntax (välformade formler) Satslogikens semantik (tolkningar)

Relevanta dokument
Varför är logik viktig för datavetare?

Grundläggande logik och modellteori

Hornklausuler i satslogiken

Grundläggande logik och modellteori (5DV102)

Avslutning. Vad? Hur? Anmärkningar inför tentan 2. Vad ska kunnas?

Sanningsvärdet av ett sammansatt påstående (sats, utsaga) beror av bindeord och sanningsvärden för ingående påståenden.

Grundläggande logik och modellteori

p /\ q r DD1350 Logik för dataloger Kort repetition Fö 3 Satslogikens semantik

Grundläggande logik och modellteori

Tommy Färnqvist, IDA, Linköpings universitet. 2 Strukturer Domäner Tolkningar... 3

Vad är det? Översikt. Innehåll. Vi behöver modeller!!! Kontinuerlig/diskret. Varför modeller??? Exempel. Statiska system

7, Diskreta strukturer

Avslutning. Vad? Hur? Anmärkningar inför tentan 2. Vad ska ni kunna?

Normalisering av meningar inför resolution 3. Steg 1: Eliminera alla och. Steg 2: Flytta alla negationer framför atomära formler

7, Diskreta strukturer

Grundläggande logik och modellteori (5DV102)

MATEMATIKENS SPRÅK. Avsnitt 1

Filosofisk Logik (FTEA21:4) föreläsningsanteckningar/kompendium. v. 2.0, den 29/ III. Metalogik 17-19

Logik och bevisteknik lite extra teori

729G06 Logik FÖRELÄSNING 1 ANDERS MÄRAK LEFFLER IDA/HCS

Formell logik Kapitel 3 och 4. Robin Stenwall Lunds universitet

Innehåll. Föreläsning 7. Satslogiken är för grov. Samma sak i predikatlogik: Första ordningens predikatlogik. Logik med tillämpningar

Semantik och pragmatik

Grundläggande logik och modellteori

Tommy Färnqvist, IDA, Linköpings universitet. 1 Kursadministration 1. 2 Introduktion Varför logik? Satslogik... 2

DD1350 Logik för dataloger. Fö 7 Predikatlogikens semantik

Logik I. Åsa Hirvonen Helsingfors universitet. Våren 2013

FÖRELÄSNING 3 ANDERS MÄRAK LEFFLER IDA/HCS

Lektion 8: Konstruktion av semantiska tablåer för PTL-formler

Logik för datavetare DVK:Log Tisdagen 28 oktober Institutionen för dataoch systemvetenskap David Sundgren

Utsagor (Propositioner) sammansatta utsagor sanningstabeller logisk ekvivalens predikat (öppna utsagor) kvantifierare Section

Logik. Dr. Johan Hagelbäck.

DD1350 Logik för dataloger. Fö 2 Satslogik och Naturlig deduktion

En introduktion till predikatlogik

Logik och modaliteter

Introduktion till predikatlogik. Jörgen Sjögren

Logisk semantik I. 1 Lite om satslogik. 1.1 Konjunktioner i grammatisk bemärkelse. 1.2 Sant och falskt. 1.3 Satssymboler. 1.

Kap. 7 Logik och boolesk algebra

Semantik och pragmatik (Serie 3)

Lite om bevis i matematiken

Formell logik Kapitel 7 och 8. Robin Stenwall Lunds universitet

Datorlingvistisk grammatik I Institutionen för lingvistik och filologi Oktober 2007 Mats Dahllöf

Viktiga frågor att ställa när ett argument ska analyseras och sedan värderas:

MATEMATIKENS SPRÅK. Syftet med denna övning är att med hjälp av logik lära oss att uttrycka matematik mer exakt, lära oss

Formell logik Kapitel 9. Robin Stenwall Lunds universitet

Logik och kontrollstrukturer

En introduktion till logik

EDA Digital och Datorteknik 2009/2010

Övningshäfte 1: Logik och matematikens språk

MA2047 Algebra och diskret matematik

MATEMATIKENS SPRÅK. Syftet med denna övning är att med hjälp av logik lära oss att uttrycka matematik mer exakt,

DD1350 Logik för dataloger

Predikatlogik: Normalformer. Klas Markström

Introduktion till logik

F. Drewes Datavetenskapens grunder, VT02. Lite logik

FÖRELÄSNING 8 ANDERS MÄRAK LEFFLER IDA/HCS

8. Naturlig härledning och predikatlogik

Booleska variabler och översättning mellan programuttryck och booleska variabler

Formell logik Kapitel 10. Robin Stenwall Lunds universitet

EDA Digital och Datorteknik 2010/2011

Jesper Carlström 2008 (reviderad 2009)

Logik: sanning, konsekvens, bevis

Semantik och pragmatik

FTEA12:2 Filosofisk Metod. Grundläggande argumentationsanalys II

Grundläggande logik och modellteori

ANDREAS REJBRAND NV3ANV Matematik Matematiskt språk

TATM79: Föreläsning 1 Notation, ekvationer, polynom och olikheter

MÖNSTER OCH TALFÖLJDER

TATM79: Föreläsning 1 Notation, ekvationer, polynom och summor

Mängdlära. Kapitel Mängder

Switchnätsalgebra. Negation, ICKE NOT-grind (Inverterare) Konjunktion, OCH AND-grind. Disjunktion, ELLER OR-grind

Satslogiken, Sanningsfunktioner och Semantiska Tablåer

Föreläsning 9: NP-fullständighet

Sats. Om t är en rätvinklig triangel så är summan av kvadraterna på kateterna i t lika med kvadraten på hypotenusan.

Formell logik Kapitel 1 och 2. Robin Stenwall Lunds universitet

Om semantisk följd och bevis

Kompletteringsmaterial. K2 Något om modeller, kompakthetssatsen

Föreläsning 8. Innehåll. Satisfierbarhet hos en formel. Logik med tillämpningar

Tentamen i TDDC75 Diskreta strukturer , lösningsförslag

Sanning och lögnare. Rasmus Blanck VT2017. FT1200, LC1510 och LGFI52

9. Predikatlogik och mängdlära

Innehåll. Föreläsning 4-5. Logiska system. Alfabet. Calculus. Well-formed formulas. Vanliga termer i logik Satslogik. Första ordningens predikatlogik

Filosofisk logik Kapitel 19. Robin Stenwall Lunds universitet

Digital- och datorteknik

*UXSS YQLQJ±/RJLNPHGWLOOlPSQLQJDUYW

Semantik och logik. Semantik: Föreläsning 3 Lingvistik: 729G08 HT 2012 IKK, Linköpings universitet

Svar och lösningar, Modul 1.

Induktion och rekursion

DD1350 Logik för dataloger

Semantik och pragmatik (Serie 4)

Begreppen "mängd" och "element" är grundläggande begrepp i matematiken.

1. Öppna frågans argument

Generellt kan vi säga att för att vi ska värdera ett argument som bra bör det uppfylla åtminstone följande kriterier:

Logik. Boolesk algebra. Logik. Operationer. Boolesk algebra

inte följa någon enkel eller fiffig princip, vad man nu skulle mena med det. All right, men

LMA033/LMA515. Fredrik Lindgren. 4 september 2013

Robin Stenwall Lunds universitet

2 Matematisk grammatik

729G11 Artificiell Intelligens Marcus Johansson Marjo581. Fuzzy logic. Marcus Johansson Marjo581

Föreläsning 6. pseudokod problemlösning logik algoritmer

Transkript:

Satslogik grundläggande definitioner Satslogikens syntax (välformade formler) Satslogikens semantik (tolkningar) Modeller, logisk konsekvens och ekvivalens Några notationella förenklingar Kompletta mängder av konnektiv Satslogik grundläggande definitioner 1 Satslogik Definition En satslogik är ett system L = (P,C,A) där P är en mängd av symboler som kallas atomer (proposition names), C {,,,,,, } är mängden av konnektiv (connectives), A = {(, )} är mängden av hjälpsymboler (auxiliary symbols) och P (C A) =. Anmärkningar Normalt används versaler A, B, C, A, A 42, B 0,... som atomer. Blockvärldsexemplet är en satslogik om de atomära satserna On table(k 1) osv betraktas som en symbol var (snarare än som sammansatta uttryck). Logiken sägs då vara en ändlig satslogik eftersom antalet atomer är ändligt. Satslogik grundläggande definitioner 2 Uppgift 1 Vilka av följande kan sägas vara satslogiska system enligt definitionen på föregående sida? L 1 = ({A, B, C}, {,,,,,, }, {[, ]}) L 2 = ({, }, {,, }, {(, )}) L 3 = ({, }, {, }, {(, )}) L 4 = ({, }, {, }, {(, )}) L 5 = ({A, B, C}, {,,,,,, }, {(, )}, ) L 6 = ({A, B, C}, {, }, {(, )}) Satslogik grundläggande definitioner 3

Lösning Enligt definitionen är L 3, L 4 och L 6 satslogiska system. Men L 1 använder sig av hakparanteser som hjälpsymboler, trots att definition kräver vanliga parenteser. För att undvika missförstånd bör man följa definitionen, även om den ibland kan tyckas onödigt begränsande. Vidare, L 2 = (P,C,A) har P (C A) och L 5 = (P,C,A, ) har en extra komponent. Dessa system strider alltså mot definition. Satslogik grundläggande definitioner 4 Välformade formler en induktiv definition Definition Låt L = (P,C,A) vara en satslogik. Mängden av alla välformade formler över L är den minsta mängden WF(L) (P C A) sådan att P WF(L) (varje atom är en välformad formel), WF(L) och WF(L), förutsatt att respektive finns i C, ( ϕ) WF(L) för varje ϕ WF(L), förutsatt att finns i C och (ϕ ϕ ) WF(L) för alla ϕ, ϕ WF(L) och varje {,,, } som finns i C. Anmärkningar Om inget annat är sagt antas att C = {,,,,,, }. Om P = {A, B, C} så är (( A) (B )) och (A ( (A C))) välformade men varken A (B ) eller A och absolut inte A B. De strikta reglerna för att sätta parenteser ska snart mjukas upp... Satslogik grundläggande definitioner 5 Uppgift 2 Vilka av följande formler är välformade enligt definitionen på föregående sida? ϕ 1 = ϕ 5 = () ϕ 2 = A ϕ 6 = ( A) ϕ 3 = ( (A B)) ϕ 7 = ( (A B)) ϕ 4 = (A B C) ϕ 8 = ((A B) C) Satslogik grundläggande definitioner 6

Lösning Enligt definitionen är ϕ 1, ϕ 3, ϕ 6 och ϕ 8 välformade formler, men ϕ 2 saknar parenteser, och det gör även ϕ 4 (antingen runt A B eller runt A C). Dessutom, ϕ 5 består bara av parenteser, och ϕ 6 ignorerar att ranken av är två. Satslogik grundläggande definitioner 7 Semantik 1 sanningsvärden och tolkningar Sanningsvärdena (truth values) är 0 och 1. De står för falskt och sant vilket gör att det i litteraturen ofta används F och T istället. En tolkning (interpretation, valuation) är en funktion v:p {0, 1}. Den tilldelar alltså varje atom ett sanningsvärde och definierar således en (ev inte tillåten) värld. Observation: Även i en ändlig satslogik finns det rätt många tolkningar, nämligen 2 n stycken där n är antalet element i P. Satslogik grundläggande definitioner 8 K 2 I blockvärldsexemplet definieras K 1 P 2 P 1 så här: Is cube(k 1) 1 Is pyramid(p 2) 1 On(K 1, P 1) 0 On(P 1, K 2) 0 Is cube(k 2) 1 On table(k 1) 1 On(K 1, P 2) 0 On(P 1, P 1) 0 Is cube(p 1) 0 On table(k 2) 0 On(K 2, K 1) 1 On(P 1, P 2) 0 Is cube(p 2) 0 On table(p 1) 1 On(K 2, K 2) 0 On(P 2, K 1) 0 Is pyramid(k 1) 0 On table(p 2) 1 On(K 2, P 1) 0 On(P 2, K 2) 0 Is pyramid(k 2) 0 On(K 1, K 1) 0 On(K 2, P 2) 0 On(P 2, P 1) 0 Is pyramid(p 1) 1 On(K 1, K 2) 0 On(P 1, K 1) 0 On(P 2, P 2) 0 Antalet möjliga tolkningar är 2 28 fastän bara 13 representerar realiteten. Stryks de atomer som har samma värde i alla tillåtna världar så reduceras antalet atomer till 10, motsvarande 1024 tolkningar, vilket är mycket bättre! Satslogik grundläggande definitioner 9

Semantik 2 informell definition av formlers semantik Semantiken för konnektiv (och därmed för formler) kan beskrivas med sanningstabeller. För och ser det så här ut (där ϕ, ϕ WF(L)): v(ϕ) v(( ϕ)) 0 1 1 0 v(ϕ) v(ϕ ) v((ϕ ϕ )) 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 Det brukar vara svårt att inse att (ϕ ϕ ) är sann om ϕ är falsk, oberoende av ϕ s värde. Det blir dock enkelt om man kommer ihåg att det som är sant är påståendet som en helhet. Med andra ord, formeln hävdar endast att ϕ är sann under förutsättningen att ϕ är sann. Om förutsättningen inte är given säger formeln alltså inte fel. Satslogik grundläggande definitioner 10 Semantik 3 formell definition av formlers semantik Definition En tolkning v:p {0, 1} utvidgas induktivt till en funktion v: WF(L) {0, 1}: För ϕ WF(L) min(v(ϕ 1 ), v(ϕ 2 )) om ϕ = (ϕ 1 ϕ 2 ) max(v(ϕ 1 ), v(ϕ 2 )) om ϕ = (ϕ 1 ϕ 2 ) max(1 v(ϕ 1 ), v(ϕ 2 )) om ϕ = (ϕ 1 ϕ 2 ) 1 (v(ϕ 1 ) v(ϕ 2 )) 2 om ϕ = (ϕ 1 ϕ 2 ) v(ϕ) = 1 v(ϕ 1 ) om ϕ = ( ϕ 1 ) 0 om ϕ = 1 om ϕ = v(ϕ) om ϕ P. Satslogik grundläggande definitioner 11 Ett alternativt sätt att säga samma sak: Definition En tolkning v:p {0, 1} utvidgas induktivt till en funktion v: WF(L) {0, 1} så här: v((ϕ 1 ϕ 2 )) = 1 om och endast om v(ϕ 1 ) = 1 och v(ϕ 2 ) = 1, v((ϕ 1 ϕ 2 )) = 1 om och endast om v(ϕ 1 ) = 1 eller v(ϕ 2 ) = 1, v((ϕ 1 ϕ 2 )) = 1 om och endast om v(ϕ 1 ) = 0 eller v(ϕ 2 ) = 1, v((ϕ 1 ϕ 2 )) = 1 om och endast om v(ϕ 1 ) = v(ϕ 2 ), v(( ϕ)) = 1 om och endast om v(ϕ) = 0, v( ) = 0, v( ) = 1 och = för alla A P. Satslogik grundläggande definitioner 12

Uppgift 3 Låt = 0 och v(b) = 1, vad är då v((( A) (A B)))? Satslogik grundläggande definitioner 13 Lösning v((( A) (A B))) = max(1 v(( A)), v((a B))) = max(1 (1 ), max(, v(b))) = max(1 (1 ), max(, v(b))) = max(1 (1 0), max(0, 1)) = max(1 1, 1) = 1 Satslogik grundläggande definitioner 14 Modell och logisk följd Nedan, låt Φ WF(L) vara en mängd av formler och ϕ WF(L) en formel. En modell av Φ är en tolkning v sådan att v(ϕ) = 1 för alla ϕ Φ. Intuitivt: En modell är en situation där alla formler i Φ är sanna. Mängden av alla modeller av Φ skrivs Mod(Φ). Istället för Mod({ϕ}) kan kort skrivas Mod(ϕ). Vi säger att ϕ är en logisk följd (också kallad semantisk följd) av Φ och skriver Φ = ϕ om Mod(Φ) Mod(ϕ). Intuitivt: Om formlerna i Φ är sanna i en situation så är ϕ också sann i samma situation. Istället för = ϕ kan kort skrivas = ϕ. (Observera att Mod( ) är mängden av alla tolkningar!) Formeln ϕ är satisfierbar om Mod(ϕ). Den är en tautologi om varje tolkning är en modell av ϕ (alltså om = ϕ). Satslogik grundläggande definitioner 15

Exempel: Låt v, v vara tolkningarna som motsvarar P 1 P 2 P 1 K 1 K 2 Både v och v är modeller av P 2 respektive K 1 K 2. Φ = {(On(P 1, K 2 ) On(P 2, K 1 )), (On(P 1, K 1 ) On(P 1, K 2 ))}, dvs v, v Mod(Φ). Båda formler är således satisfierbara. Ingen av dem är dock en tautologi eftersom det finns tolkningar som gör att de blir falska. Dessutom gäller t ex Φ = (On(P 1, K 1 ) On(P 2, K 1 )). Frågor: Är (On table(p 1 ) ( On(P 1, K 1 ))) en tautologi (alltså alltid sann)? Är Is pyramid(k 1 ) satisfierbar (alltså ibland sann)? Gäller {On table(k 2 )} = ( On(K 2, K 1 ))? Satslogik grundläggande definitioner 16 Logisk ekvivalens: Formler ϕ, ϕ WF(L) är logiskt ekvivalenta och vi skriver ϕ ϕ om Mod(ϕ) = Mod(ϕ ). Några viktiga ekvivalenser: (ϕ ) är nollan för (ϕ ) ϕ är ettan för (ϕ ( ϕ)) -komplementregel (ϕ ϕ) ϕ idempotens ((ϕ ϕ ) ϕ ) (ϕ (ϕ ϕ )) associativitet av (ϕ ϕ ) (ϕ ϕ) kommutativitet av (ϕ (ϕ ϕ )) ((ϕ ϕ ) (ϕ ϕ )) distribuerar över (ϕ (ϕ ϕ )) ϕ absorbtionsregel ( (ϕ ϕ )) (( ϕ) ( ϕ )) de Morgans regel För varje ekvivalens fås en dual ekvivalens genom att byta ut varje konnektiv mot dess duala:,,,. På så sätt fås tex de Morgans andra regel: ( (ϕ ϕ )) (( ϕ) ( ϕ )). Satslogik grundläggande definitioner 17 Förenklad notation Pga associativitet kan ((ϕ ϕ ) ϕ ) och (ϕ (ϕ ϕ )) uppfattas som samma formel och skrivas (ϕ ϕ ϕ ). Samma sak gäller. Pga kommutativitet kan (ϕ ϕ ) och (ϕ ϕ) uppfattas som samma formel. Samma sak gäller. Parenteser runt negerade atomer samt yttre parenteser kan utelämnas. I litteraturen används dessutom ofta bindningsregler: före före före och. För att undvika missförstånd använder vi inte de här reglerna! Satslogik grundläggande definitioner 18

Kompletta mängder av konnektiv Alla tänkbara logiska konnektiv kan översättas till ekvivalenta formler som endast inne- håller konnektiven och (och ev ). Konnektivmängden {, } kallas därför komplett. Ytterligare kompletta mängder av konnektiv är tex {, } och {, }. Det finns dock två konnektiv som bildar kompletta mängder för sig själva: NAND (not and) v(ϕ) v(ϕ ) v(ϕ ϕ ) 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 NOR (not or) v(ϕ) v(ϕ ) v(ϕ ϕ ) 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Med andra ord, om vi istället för,,,, endast har eller kan vi fortfarande uttrycka lika mycket. Satslogik grundläggande definitioner 19