一阶逻辑基本概念讲解.ppt
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1、第4章 一阶逻辑基本概念,离 散 数 学,计算机系,本章说明,本章的主要内容一阶逻辑基本概念、命题符号化一阶逻辑公式、解释及分类本章与后续各章的关系克服命题逻辑的局限性是第五章的先行准备,引言,命题逻辑的局限性在命题逻辑中,研究的基本单位是简单命题,对简单命题不再进行分解,并且不考虑命题之间的内在联系和数量关系。例如:所有的人都是要死的,苏格拉底是人,所以苏格拉底是要死的。这个简单而有名的苏格拉底三段论,却无法用命题逻辑予以证明。一阶逻辑所研究的内容为了克服命题逻辑的局限性,将简单命题再细分,分析出个体词、谓词和量词,以期达到表达出个体与总体的内在联系和数量关系。,本章内容,4.1 一阶逻辑命
2、题符号化4.2 一阶逻辑公式及解释 本章小结 习题 作业,4.1一阶逻辑命题符号化,一阶逻辑命题符号化的三个基本要素个体词谓词量词,个体词及相关概念,个体词一般是充当主语的名词或代词。,说明,个体词:指所研究对象中可以独立存在的具体或抽象的客体。举例命题:电子计算机是科学技术的工具。个体词:电子计算机。命题:他是三好学生。个体词:他。,个体常项:表示具体或特定的客体的个体词,用小写字母a,b,c,表示。个体变项:表示抽象或泛指的客体的个体词,用x,y,z,表示。个体域(或称论域):指个体变项的取值范围。可以是有穷集合,如a,b,c,1,2。可以是无穷集合,如N,Z,R,。全总个体域(unive
3、rse)宇宙间一切事物组成。,个体词及相关概念,本教材在论述或推理中,如果没有指明所采用的个体域,都是使用的全总个体域。,说明,谓词及相关概念,谓词(predicate)是用来刻画个体词性质及个体词之间相互关系的词。(1)是无理数。是个体常项,“是无理数”是谓词,记为F,命题符号化为F()。(2)x是有理数。x是个体变项,“是有理数”是谓词,记为G,命题符号化为G(x)。(3)小王与小李同岁。小王、小李都是个体常项,“与同岁”是谓词,记为H,命题符号化为H(a,b),其中a:小王,b:小李。(4)x与y具有关系L。x,y都是个体变项,谓词为L,命题符号化为L(x,y)。,谓词常项:表示具体性质
4、或关系的谓词。用大写字母表示。如(1)、(2)、(3)中谓词F、G、H。谓词变项:表示抽象的、泛指的性质或关系的谓词。用大写字母表示。如(4)中谓词L。n(n1)元谓词:P(x1,x2,xn)表示含n个命题变项的n元谓词。n=1时,一元谓词表示x1具有性质P。n2时,多元谓词表示x1,x2,xn具有关系P。0元谓词:不含个体变项的谓词。如F(a)、G(a,b)、P(a1,a2,an)。,n元谓词是命题吗?不是,只有用谓词常项取代P,用个体常项取代x1,x2,xn时,才能使n元谓词变为命题。,思考,谓词及相关概念,例题,例4.1 将下列命题在一阶逻辑中用0元谓词符号化,并讨论真值。(1)只有2是
5、素数,4才是素数。(2)如果5大于4,则4大于6.解:(1)设一元谓词F(x):x是素数,a:2,b:4。命题符号化为0元谓词的蕴涵式 F(b)F(a)由于此蕴涵前件为假,所以命题为真。(2)设二元谓词G(x,y):x大于y,a:4,b:5,c:6。命题符号化为0元谓词的蕴涵式 G(b,a)G(a,c)由于G(b,a)为真,而G(a,c)为假,所以命题为假。,例题,将命题“这只大红书柜摆满了那些古书。”符号化.(1)设F(x,y):x摆满了y,R(x):x是大红书柜Q(y):y是古书,a:这只,b:那些 符号化为:R(a)Q(b)F(a,b)(2)设A(x):x是书柜,B(x):x是大的 C(
6、x):x是红的,D(y):y是古老的E(y):y是图书,F(x,y):x摆满了ya:这只b:那些 符号化为:A(a)B(a)C(a)D(b)E(b)F(a,b),量词(quantifiers)是表示个体常项或个体变项之间数量关系的词。1.全称量词:符号化为“”日常生活和数学中所用的“一切的”、“所有的”、“每一个”、“任意的”、“凡”、“都”等词可统称为全称量词。x表示个体域里的所有个体,xF(x)表示个体域里所有个体都有性质F。2.存在量词:符号化为“”日常生活和数学中所用的“存在”、“有一个”、“有的”、“至少有一个”等词统称为存在量词。y表示个体域里有的个体,yG(y)表示个体域里存在个
7、体具有性质G等。,量词及相关概念,例4.2 在个体域分别限制为(a)和(b)条件时,将下面两个命题符号化:(1)凡人都呼吸。(2)有的人用左手写字。其中:(a)个体域D1为人类集合;(b)个体域D2为全总个体域。,一阶逻辑命题符号化,解:(a)个体域为人类集合。令F(x):x呼吸。G(x):x用左手写字。(1)在个体域中除了人外,再无别的东西,因而“凡人都呼吸”应符号化为 xF(x)(2)在个体域中除了人外,再无别的东西,因而“有的人用左手写字”符号化为 xG(x),(b)个体域为全总个体域。即除人外,还有万物,所以必须考虑将人先分离出来。令F(x):x呼吸。G(x):x用左手写字。M(x):
8、x是人。(1)“凡人都呼吸”应符号化为 x(M(x)F(x)(2)“有的人用左手写字”符号化为 x(M(x)G(x),在使用全总个体域时,要将人从其他事物中区别出来,为此引进了谓词M(x),称为特性谓词。同一命题在不同的个体域中符号化的形式可能不同。思考:在全总个体域中,能否将(1)符号化为x(M(x)F(x)?能否将(2)符号化为x(M(x)G(x)?,结论,例题,例4.3 在个体域限制为(a)和(b)条件时,将下列命题符号化:(1)对于任意的x,均有x2-3x+2=(x-1)(x-2)。(2)存在x,使得x+5=3。其中:(a)个体域D1=N(N为自然数集合)(b)个体域D2=R(R为实数
9、集合)(a)令F(x):x2-3x+2=(x-1)(x-2),G(x):x+5=3。命题(1)的符号化形式为xF(x)(真命题)命题(2)的符号化形式为xG(x)(假命题)(b)在D2内,(1)和(2)的符号化形式同(a),皆为真命题。,在不同个体域内,同一个命题的符号化形式可能不同,也可能相同。同一个命题,在不同个体域中的真值也可能不同。,说明,例4.4 将下列命题符号化,并讨论真值。(1)所有的人长着黑头发。(2)有的人登上过月球。(3)没有人登上过木星。(4)在美国留学的学生未必都是亚洲人。分析:谓词逻辑中命题的符号化,主要考虑:(1)非空个体域的选取。若是为了确定命题的真值,一般约定在
10、某个个体域上进行,否则,在由一切事物构成的全总个体域上考虑问题时,需要增加一个指出个体变量变化范围的特性谓词。(2)量词的使用及作用范围。(3)正确地语义。,例题,例题,解:没有提出个体域,所以认为是全总个体域。(1)所有的人长着黑头发。令F(x):x长着黑头发,M(x):x是人。命题符号化为 x(M(x)F(x)。命题真值为假。(2)有的人登上过月球。令G(x):x登上过月球,M(x):x是人。命题符号化为 x(M(x)G(x)。命题真值为真。,例题,(3)没有人登上过木星。令H(x):x登上过木星,M(x):x是人。命题符号化为 x(M(x)H(x)。命题真值为真。(4)在美国留学的学生未
11、必都是亚洲人。令F(x):x是在美国留学的学生,G(x):x是亚洲人。符号化x(F(x)G(x)命题真值为真。,例题 n元谓词的符号化,例4.5 将下列命题符号化(1)兔子比乌龟跑得快。(2)有的兔子比所有的乌龟跑得快。(3)并不是所有的兔子都比乌龟跑得快。(4)不存在跑得同样快的两只兔子。解:令 F(x):x是兔子,G(y):y是乌龟,H(x,y):x比y跑得快,L(x,y):x与y跑得同样快。(1)xy(F(x)G(y)H(x,y)(2)x(F(x)y(G(y)H(x,y)(3)xy(F(x)G(y)H(x,y)(4)xy(F(x)F(y)L(x,y),一阶逻辑命题符号化时需要注意的事项,
12、分析命题中表示性质和关系的谓词,分别符号为一元和n(n2)元谓词。根据命题的实际意义选用全称量词或存在量词。一般说来,多个量词出现时,它们的顺序不能随意调换。例如,考虑个体域为实数集,H(x,y)表示x+y=10,则命题“对于任意的x,都存在y,使得x+y=10”的符号化形式为xyH(x,y),为真命题。如果改变两个量词的顺序,得yxH(x,y),为假命题。有些命题的符号化形式可不止一种。(例4.5之(3))xy(F(x)G(y)H(x,y)xy(F(x)G(y)H(x,y),4.2一阶逻辑公式及解释,同在命题逻辑中一样,为在一阶逻辑中进行演算和推理,必须给出一阶逻辑中公式的抽象定义,以及它们
13、的分类及解释。一阶语言是用于一阶逻辑的形式语言,而一阶逻辑就是建立在一阶语言基础上的逻辑体系,一阶语言本身不具备任何意义,但可以根据需要被解释成具有某种含义。一阶语言的形式是多种多样的,本书给出的一阶语言是便于将自然语言中的命题符号化的一阶语言,记为F。,一阶语言中的字母表,定义4.1 一阶语言F的字母表定义如下:(1)个体常项:a,b,c,ai,bi,ci,i 1(2)个体变项:x,y,z,xi,yi,zi,i 1(3)函数符号:f,g,h,fi,gi,hi,i 1(4)谓词符号:F,G,H,Fi,Gi,Hi,i 1(5)量词符号:,(6)联结词符号:,(7)括号与逗号:(,),,,一阶语言
14、中的项,定义4.2 一阶语言F的项的定义如下:(1)个体常项和个体变项是项。(2)若(x1,x2,xn)是任意的n元函数,t1,t2,tn是任意的n个项,则(t1,t2,tn)是项。(3)所有的项都是有限次使用(1),(2)得到的。,一阶语言中的原子公式,定义4.3 设R(x1,x2,xn)是一阶语言F的任意n元谓词,t1,t2,tn是一阶语言F的任意的n个项,则称R(t1,t2,tn)是一阶语言F的原子公式。例如:1元谓词F(x),G(x),2元谓词H(x,y),L(x,y)等都是原子公式。,一阶语言F的合式公式,定义4.4 一阶语言F的合式公式定义如下:(1)原子公式是合式公式。(2)若A
15、是合式公式,则(A)也是合式公式。(3)若A,B是合式公式,则(AB),(AB),(AB),(AB)也是合式公式。(4)若A是合式公式,则xA,xA也是合式公式。(5)只有有限次的应用(1)(4)构成的符号串才是合式公式。一阶语言F的合式公式也称为谓词公式,简称公式。,A,B代表任意公式,是元语言符号。下文的讨论都是在一阶语言F中,因而不再提及。,说明,自由出现与约束出现,定义4.5 指导变元、辖域、约束出现、自由出现在公式xA和xA中,称x为指导变元。在公式xA和xA中,A为相应量词的辖域。在x和x的辖域中,x的所有出现都称为约束出现。A中不是约束出现的其他变项均称为是自由出现的。,例4.6
16、 指出下列各公式中的指导变元,各量词的辖域,自由出现以及约束出现的个体变项。(1)x(F(x,y)G(x,z)(2)x(F(x)G(y)y(H(x)L(x,y,z),例题,解答,(1)x是指导变元。量词的辖域A=(F(x,y)G(x,z)。在A中,x的两次出现均是约束出现。y和z均为自由出现。(2)前件上量词的指导变元为x,量词的辖域A=(F(x)G(y),x在A中是约束出现的,y在A中是自由出现的。后件中量词的指导变元为y,量词的辖域为B=(H(x)L(x,y,z),y在B中是约束出现的,x、z在B中均为自由出现的。,本书中的记法,用A(x1,x2,xn)表示含x1,x2,xn自由出现的公式
17、。用表示任意的量词或,则x1A(x1,x2,xn)是含有x2,x3,xn自由出现的公式,可记为A1(x2,x3,xn)。类似的,x2x1A(x1,x2,xn)可记为A2(x3,x4,xn)xn-1xn-2x1A(x1,x2,xn)中只含有xn是自由出现的个体变项,可以记为An-1(xn)。xnx1A(x1,x2,xn)没有自由出现的个体变项。,举例,将例4.6(1)中的公式简记为A(y,z),表明公式含有自由出现的个体变项y,z。而yA(y,z)中只含有z为自由出现的公式,zyA(y,z)中已经没有自由出现的个体变项了,,闭式,定义4.6 设A是任意的公式,若A中不含有自由出现的个体变项,则称
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