数理逻辑
逻辑是研究推理的科学,分为形式逻辑和辩证逻辑;数理逻辑使用数学方法研究形式逻辑的科学,又叫符号逻辑;现代数理逻辑有四大分支:
- 证明论
- 模型论
- 递归论
- 公理化集合论 本章介绍其共同基础——命题演算和谓词演算,即古典数理逻辑。
命题
一个或真或假而不能两者都是的断言(陈述句),若命题为真,则其 真值 为真;
命题可由命题联结词构成 复合命题,常见的联结词有:
- 合取词 ,表示交集;
- 析取词 ,表示并集;
- 蕴含词 , 表示如果 P,那么 Q,P 是一种前提、假设或前件,Q 是结论或后件;当且仅当 P 真 Q 假,该蕴含式为假;
- 等值词 ,相当于同或,相同为 1,不同为 0;
- 否定 ;
联结词的优先级为 。
常见公式:
对偶式
当一个式子中只含有 ,将 互换,真假互换,可以得到另一个式子,这两个式子互为对偶式,若将其中的命题变元也取非,则两式等价。
重言式和矛盾式
永真式称为重 (chong)言式, 永假式称为矛盾式;当且仅当 时 若 ,则 ,称为重言蕴含,证明方法为:
- 假设前件为真,若能推出后件也为真,则重言蕴含成立;
- 假设后件为假,若能推出前件也为假,则成立。 一些基础的重言蕴含式:
重言蕴含具有自反性、传递性和反对称性 (,则 ,这是充分必要条件)。
合取/析取范式
如果命题公式可以等价地写成 只用合取/析取 联结词组成的形式 ,其中 是命题变元,或者是其否定形式的 析取/合取式(刚好相反),则称为 合取/析取范式,如 就是一个析取范式,只含有 ,并且 一定在命题变元之前。
即是合取范式 ,也是析取范式 。
主合取/析取范式
极小项: 个命题元的简单合取式,称作布尔合取或极小项,简称为小项。其中每个命题变元与它的否定不能同时存在,但该命题变元必须 且仅出现一次。
我们为小项使用二进制进行编码,如 ,编码为 ,一直到 编码 ,由 n 个命题变元便有 n 位二进制;列出其真值表,可以发现,只有命题变元的真值和编码相对应,小项的真值才为真,如 对应的 ,则只有 才能使小项为真。 因此,全体小项的析取式是永真式。
主析取范式 中的每个分式都是小项;若某式子却少某个命题变元如 ,可以合取一个永真式 ,再使用分配率整理;或者使用真值表法,直接求出真值为 1 对应的小项,析取即可。
极大项,与小项类似,但是采用析取,并且编码刚好相反, 表示变元本身, 表示其否定形式,如 对应 ,并且与小项编码有对应关系 ;只有与编码对应的变元为 ,大项真值才为 ,如 对应 ,使得 ;全体大项的合取式是永假式。
主合取范式 总的每个分式都是大项;同样的,若某个式子缺项,则析取一个永假式 ,再使用分配率整理;或者使用真值表法,通过真值为 0 的情况求出对应的大项,再合取。
如果知道了主析取范式 中有如下小项:,即这些情况其值为真,而 使 为假,则其主合取范式也就是 。
还有 主抑或范式 和 主等值范式,因为对于任意的两个不同的极小项,不可能同时为真,因此析取就可以写为抑或 ;同理,任意不同的极大项不可能同时为假,则合取就可以写为等值 。
命题逻辑推理
推理就是根据某几个已知的条件和前提,得出一个新的判断的过程,实际上推理的过程就是证明 永真蕴含式 的过程;具体的,我们引入两个规则:
- P 规则,推理过程中可以随时引入前提;
- T 规则,若前面有几个公式重言蕴含某公式 S,则可以将 S 纳入推理过程。
常用公式: