本文最后更新于:2023年3月30日 下午
DM1 逻辑关系
DM1.1 联结词
具有唯一真值的陈述句称为 命题(语句)。真值为真的称为 真命题,真值为假的称为 假命题。
有的陈述句的真假是变化的,这些陈述句不是命题。有的命题的真假无法判断,但只要真值唯一就是命题。
命题为真时,其真值用 T 或 1 表示。假命题用 F 或 0 表示。
数理逻辑中常用的联结词有以下几种。下面的 p、q、r 表示原子命题(简单命题、变元、常元)
另外,还有几个复合命题:
- p↑q:与非联结词。即 ¬(p∧q)
- p↓q:或非联结词。即 ¬(p∨q)
DM1.2 命题公式
单个命题变元(或常元)是命题公式。
若 p、q 是命题公式,那么 ¬p、p∧q、p∨q、p→q、p↔q 都是命题公式。命题公式的长度是有限的。
联结词的优先级是: ¬、∧、∨、→、↔
将值永远为 0 的命题公式称为矛盾式(永假式),如 p∧¬p
将值可能为 1 的命题公式称为可满足式。
将值永远为 1 的命题公式称为重言式(永真式),如 p∧(p∨q)↔p。永真式是可满足式的一种
-
小项(布尔合取、极小项):n 个命题变元的简单合取式。
每个命题变元与其否定不能同时存在,并要出现且仅出现一次。
n 个命题变元能产生 2n 个小项。可以字母 m 及下标二进制数表示命题变元。
如:对于命题 P1,P2,P3,其小项 m101=P1∧¬P2∧P3
可见,每个小项有一个编码,且仅在唯一情况下为真。而且,不同小项的成真赋值(指派)不同。
-
大项(布尔析取、极大项):n 个命题变元的简单析取式。
每个命题变元与其否定不能同时存在,并要出现且仅出现一次。
大项性质与小项类似,以字母 M 及其二进制下标表示。每个大项有一个编码,且仅在唯一情况下为假。
-
主析取范式:仅由小项析取组成的,原命题公式的等价公式,称为主析取范式。
在主式真值表中,所有真值为真的小项的析取,即构成主析取范式。
任何命题公式都存在唯一的主析取范式。
-
主合取范式:仅由大项合取组成的,原命题公式的等价公式,称为主合取范式。
在主式真值表中,所有真值为假的大项的合取,即构成主合取范式。
任何命题公式都存在唯一的主合取范式。
-
完备集:对于联结词集合 S,若任何真值函数都能用 S 中联结词表示,则称 S 是一个完备集。
可以证明,{∧,¬} 与 {∨,¬} 都是完备集。此外,{↑} 和 {↓} 也是完备集。
DM1.3 等值式
等值式:如果 p↔q 是永真式,则 p⇔q,表示 p 与 q 的取值完全相同,可以互相代替
p |
q |
p→q |
¬p∨q |
(p→q)↔(¬p∨q) |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
∴p→q⇔¬p∨q
基本的等值式
-
幂等率:p⇔p∨pp⇔p∧p
-
交换律:p∨q⇔p∨qp∧q⇔q∧p
-
结合律:(p∨q)∨r⇔p∨(q∨r)(p∧q)∧r⇔p∧(q∧r)
-
分配律:p∨(q∧r)⇔(p∨q)∧(p∨r)p∧(q∨r)⇔(p∧q)∨(p∧r)
-
德·摩根律:¬(p∨q)⇔¬p∧¬q¬(p∧q)⇔¬p∨¬q
-
吸收律:p∨(p∧q)⇔pp∧(p∨q)⇔p
-
零律:p∨1⇔1p∧0⇔0
-
同一律:p∨0⇔pp∧1⇔p
-
排中律:p∨¬p⇔1
-
矛盾律:p∧¬p⇔0
-
双重否定律:¬¬p⇔p
-
蕴含等值式:p→q⇔¬p∨q
-
等价等值式:p↔q⇔(p→q)∧(q→p)
-
等价否定等值式(否命题):p↔q⇔¬p↔¬q
-
假言易位(逆否):p→q⇔¬q→¬p
-
归谬论(反证法):(p→q)∧(p→¬q)⇔¬p
DM1.4 命题逻辑推理
前提:A1,A2,A3,...,Ak
结论:B
推理的形式结构:(A1∧A2∧A3∧...∧Ak)→B
如果 A→B 是永真式,则可以记为 A⇒B
重要的推理定律
-
附加律:A⇒(A∨B)
-
化简律:(A∧B)⇒A(A∧B)⇒B
-
假言推理:(A→B)∧A⇒B
-
拒取式:(A→B)∧¬B⇒¬A
-
析取三段论:(A∨B)∨¬A⇒B(A∨B)∨¬B⇒A
-
假言三段论:(A→B)∧(B→C)⇒(A→C)
-
等价三段论:(A↔B)∧(B↔C)⇒(A↔C)
-
构造性两难:(A→B)∧(C→D)∧(A∨C)⇒(B∨D)
DM1.5 谓词
基本概念
-
个体:表示客体的词。
使用 a,b,c,… 表示 个体常元,使用 x,y,z,… 表示 个体变元。
个体的函数仍是个体。将个体变元的取值范围称为 个体域。
-
谓词:表示个体间关系或性质的词。
常用 F,G,H,… 表示 谓词常元 或 谓词变元。
F(x) 表示 x 具有性质 F。如:F(x) 表示 " 是黑色的",而 a 表示 “黑板”,则 F(a) 表示 “黑板是黑色的”
F(x,y) 表示 x 和 y 具有关系 F。如:F(x,y) 表示 “x>y”,则 F(5,2) 表示 5>2
-
量词:表示数量的词
全称量词:∀ 表示任意、全部。如:∀x 表示个体域中的所有 x;∀xF(x) 表示个体域中所有 x 都有性质 F
存在量词:∃ 表示存在、有一个。如:∃x 表示存在个体域里的 x;∃xF(x) 表示在个体域中存在 x 有性质 F
命题符号化
一阶逻辑中命题逻辑化的两个基本公式:
-
∀x(F(x)→G(x))
个体域中所有具有性质 F 的个体都具有性质 G
-
∃x(F(x)∧G(x))
个体域中存在同时具有性质 F 和性质 G 的个体
一阶谓词逻辑公式及其分类
一阶谓词逻辑公式,简称公式。其形成逻辑类似于命题逻辑公式。而且,A 是公式时,∀xA 及 ∃xA 也是公式
在公式 ∀xA 及 ∃xA 中,称 x 为 指导变元,称 A 为相应量词的 辖域。在该辖域中,x 的所有出现都是 约束出现。所有非约束出现的变元都是 自由出现
解释
对于给定的公式 A,如果指定 A 的个体域是已知的 D,使用特定的个体常元取代 A 中的个体常元,用特定函数取代 A 中的函数变元,用特定的谓词取代 A 中的谓词变元,就构成了 A 的一个解释。
一个公式 A 可以有多种解释。当给出一种解释后,就能判断该解释的真假。
若 A 在任何解释下都为真,称之为永真式。还有永假式、可满足式。
若 A↔B 是永真式,则称 A 与 B 等值,记为 A⇔B,并称之为等值式。
以下是一些基本的等值式
-
在有限个体域 D={a1,a2,…,an} 中消去量词等值式
∀xA(x)⇔A(a1)∧A(a2)∧…∧A(an)
∃xA(x)⇔A(a1)∨A(a2)∨…∨A(an)
-
量词否定等值式
¬∀xA(x)⇔∃x¬A(x)
¬∃xA(x)⇔∀x¬A(x)
-
量词辖域收缩和扩张等值式(B 中不含 x)
∀x(A(x)∨B)⇔∀xA(x)∨B
∃x(A(x)∨B)⇔∃xA(x)∨B
∀x(A(x)∧B)⇔∀xA(x)∧B
∃x(A(x)∧B)⇔∃xA(x)∧B
∀x(A(x)→B)⇔∃xA(x)→B
∃x(A(x)→B)⇔∀xA(x)→B
∀x(B→A(x))⇔B→∀xA(x)
∃x(B→A(x))⇔B→∃xA(x)
-
量词分配等值式
∀x(A(x)∧B(x))⇔∀xA(x)∧∀B(x)
∃x(A(x)∨B(x))⇔∃xA(x)∨∃B(x)
前束范式
若公式具有形式 Q1x1Q2x2…QkxkB,则称其为 前束范式。其中 Qi(i≤i≤k) 为 ∃ 或 ∀,B 中不含量词
换名规则:将公式 A 中某量词辖域中出现的某个约束的个体变元及相应指导变元 xi 都改成公式中没有出现过的 xj,所得公式 A′⇔A
一些重要的推理定律(注意:不是等值式)
- ∀xA(x)∨∀xB(x)⇒∀xA(x)∨B(x)
- ∃x(A(x)∧B(x))⇒∃xA(x)∧∃xB(x)
- ∀x(A(x)→B(x))⇒∀xA(x)→∀xB(x)
- ∀x(A(x)→B(x))⇒∃xA(x)→∃xB(x)