《谓词逻辑集合》PPT课件.ppt
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1、第2章 谓词演算及其形式系统,在研究命题逻辑中,原子命题是命题演算中最基本的单位,但是不再对原子命题进行分解,会产生二大缺点:(1)不能研究命题的结构,成分和内部逻辑的特征;(2)也不可能表达二个原子命题所具有的共同特征,甚至在命题逻辑中无法推理一些简单又常见的结论。,谓词演算及其形式系统,例:苏格拉底论证是正确的,但不能用命题逻辑的推理规则推导出来。P:所有的人总是要死的。Q:苏格拉底是人。R:所以苏格拉底是要死的。命题演算无法反映上述推理,因为前提和结论都只能表示为原子命题,在命题演算系统中,无法由前提P,Q推出结论R,结论R也根本不是前提P,Q的逻辑结果。所以我们必须对原子命题进行分解,
2、研究它的内部结构,并用相应的手段去刻划它们,这正是谓词逻辑所要研究的问题。,2.1 个体 谓词 量词,2.1.1 个体 谓词演算中把一切讨论对象都称为个体,它们可以是客观世界中具体的客体,也可以是抽象的客体,例如数字,符号等。确定的个体常用a,b,c等小写字母表示,并被称为常元。不确定的个体常用字母x,y,z等表示,并被称为变元。谓词演算中把讨论对象,即个体的全体称为个体域,常用字母D表示,并约定任何D都至少含有一个成员。当讨论对象遍及一切客体时,个体域特称为全总域,用字母U表示。当给定个体域时,常元表示该域中的一个确定的成员,而变元则可以取该域中的任何一个成员为其值。,个体,2.1.2 谓词
3、,我们把语句中表示个体性质或关系的语言成分(通常是谓语)称为谓词。例:(1)“苏格拉底是人”中的“是人”(2)“苏格拉底是要死的”中的“是要死的”(3)“实数的平方是非负的”中的“是非负的”(4)“张三生于北京”中的“生于”(5)“3小于2”中的“小于”(6)“325”中的“”其中:(1),(2),(3)表示个体性质;(4),(5)表示两个个体间的关系;(6)表示3个个体间的关系。,谓词,我们可把陈述句分解为二部分:主语(名词,代词)和谓语(动词)。谓词演算中用携有空位的大写字母表示谓词,例如:M()表示“是人”B(,)表示“生于”A(,)表示“”上述表示法可读性差,因此常用变元来代替空位,例
4、如:M(x),B(x,y),A(x,y,z),它们被称为谓词命名式,简称谓词。若谓词字母联系着一个个体,则称作一元谓词;若谓词字母联系着二个个体,则称作二元谓词;若谓词字母联系着n个个体,则称作n元谓词。,谓词填式:谓词字母后填以个体所得的式子。例如:R(x)表示“x是实数”(这里x表示个体)L(3,2)表示“3小于2”注意:个体的次序必须是有规定的。例:河南省北接河北省。n L b用L(x,y)表示x北接y;n:河南省;b:河北省 写成二元谓词为:L(n,b),但不能写成L(b,n)。一般的,谓词填式P(t1,tn)表示个体项t1,,tn所代表的个体满足n元谓词P(t1,tn),注意:当空位
5、处填入变元时,谓词命题式与谓词填式同形,但它们表示不同的意义。例如,R(x)作为命名式时,它只是R()的另一写法,与x无关,改为R(y)意义照旧;但R(x)作为填式时,它表示“x所取值为实数”,改为R(y)后其意义变为“y所取值为实数”。当谓词填式中所填个体都是常元时,它是一个命题,因而有确定的真值,例如 L(3,2)为假,A(3,2,5)为真。从这个意义上,谓词是以个体域为定义域,以真值集为值域的映射。,2.1.3 命题函数与量词定义 由一个谓词字母和一个非空的个体变元的集合所组成的表达式,称为简单命题函数。个体在谓词表达式中可以是任意的名词。例:C“总是要死的。”j:张三;t:老虎;e:桌
6、子。则C(j),C(t),C(e)均表达了命题。C:表示“总是要死的”;x:表示变元(个体变元),则C(x)表示“x总是要死的”,则称C(x)为命题函数。讨论:(a)当简单命题函数仅有一个个体变元时,称为一元简单命题函数;(b)若用任何个体去取代个体变元之后,则命题函数就变为命题。,命题函数,量词(1)全称量词“”为全称量词符号,读作“对于所有的”,“对任一个”,“对一切”。“”表达式的读法 xP(x):“对所有的x,x满足P(x)”;xP(x):“对所有x,x不满足P(x)”;xP(x):“并不是对所有的x,x都满足 P(x)”;xP(x):“并不是对所有的x,x都不满足 P(x)”。例:“
7、这里所有的都是苹果”可写成:xA(x)或(x)A(x),量词 全称量词,例:将“对于所有的x和所有的y,如果x高于y,那么y不高于x”写成命题表达形式。解:G(x,y):x高于y x y(G(x,y)G(y,x)(2)存在量词“”为存在量词符号,读作“存在一个”,“对于一些”,“对于某些”,“至少存在一个”。“”表达式的读法:x A(x):“存在一个x,使x满足A(x)”;xA(x):“存在一个x,使x不满足A(x)”;x A(x):“不存在一个x,使x满足A(x)”;xA(x):“不存在一个x,使x不满足A(x)”。,存在量词,例:(a)存在一个人;(b)某个人很聪明;(c)某些实数是有理数
8、 将(a),(b),(c)写成命题。解:规定M(x):x是人;C(x):x很聪明;R1(x):x是实数 R2(x):x是有理数。则(a)x M(x);(b)x(M(x)C(x);(c)x(R1(x)R2(x)。(3)量化命题的真值:取决于给定的个体域 给定个体域:a1,an,则有:xP(x)P(a1)P(an)xQ(x)Q(a1)Q(an),2.1.4 谓词公式和语句的形式化原子谓词公式:不出现命题联结词和量词的谓词命名式称为原子谓词公式,并用P(x1xn)来表示。(P称为n元谓词,x1xn称为个体变元),当n=0时称为零元谓词公式。定义(谓词公式的归纳法定义)原子谓词公式是谓词公式;若A是谓
9、词公式,则A也是谓词公式;若A,B都是谓词公式,则(AB),(AB),(AB),(AB)都是谓词公式;若A是谓词公式,x是任何变元,则xA,xA也都是谓词公式;,谓词公式,只有有限次利用-所产生的符号串才是谓词公式(谓词公式又称合式公式,简称公式)。从以上谓词公式的生成法则可见,命题公式是谓词公式的特例。事实上,命题逻辑是谓词逻辑系统的一个子系统,命题逻辑所使用的方法和所获得的结论,在谓词逻辑中是作为不证自明的正确形式而直接使用的。谓词公式中括号的省略方法与命题公式相同。例:任何整数或是正的,或是负的。解:设I(x):x是整数;R1(x):x是正数;R2(x):x是负数。此句可写成:x(I(x
10、)(R1(x)R2(x),例:设个体域是人类,将下列语句形式化为谓词公式。1.有人勇敢,但不是所有的人都勇敢。设:B(x):x勇敢则形式化为:x B(x)x B(x)2.我为人人,人人为我。设i表示“我”;S(x,y):x为y服务则形式化为:x S(i,x)x S(x,i)辖域:紧接在量词后面括号内的谓词公式。例:xP(x)Q(x),量词x的辖域为P(x)x(P(x)Q(x),量词x的辖域为P(x)Q(x)若量词后括号内为原子谓词公式,则括号可以省去。例如 x(P(x))可写成 xP(x),辖域,约束变元:在量词x或x的辖域内,且与量词下标相同的变元。自由变元:当且仅当不受量词的约束。例:xP
11、(x)Q(x)P(x)中的x是约束变元,Q(x)中的x是自由变元 x(P(x,y)Q(x,y)R(x,z),P(x,y)Q(x,y)中的x是约束变元,R(x,z)中的x是自由变元,y,z都是自由变元约束变元的改名规则 任何谓词公式,对约束变元可以改名。我们认为xP(x,y)和zP(z,y)是一等价的谓词公式,但是需注意,不能用同一变元去表示同一谓词公式中的二个变元。例如:yP(y,y)是不正确的。,约束变元 自由变元 改名规则,改名规则:(1)在改名中要把公式中所有相同的约束变元全部同时改掉;(2)改名时所用的变元符号在量词辖域内未出现的。例:xP(x)yR(x,y)可改写成xP(x)zR(x
12、,z),但不能改成xP(x)xR(x,x),xR(x,x)中前面的x原为自由变元,现在变为约束变元了。语句形式化应注意:(1)准确从语句中提取谓词,表示性质的谓语用一元谓词,表示关系的谓语用二元或多元数谓词表示。(2)准确使用量词的辖域,当辖域中多于一个谓语时必须注意括号的使用。多个量词使用时其次序应与原语句意义一致。,改名规则,2.2 谓词演算永真式2.2.1 谓词公式的真值 在谓词公式中,包含有命题变元和个体变元,当个体变元由确定的个体来取代,命题变元用确定的命题所取代时,就称对谓词公式赋值。一个谓词公式经过赋值后,就成为有确定真值的命题。例:给下列谓词公式一组赋值,以得到一个命题公式(1
13、)x(E(x)D(x,6)解:令E(x)为x是偶数 D(x,6)为x大于6;x8。则谓词公式代表命题:8是偶数并且8大于6。,谓词公式的真值,(2)x(B(x)M(x))解:令B(x)为x早餐吃面包 M(x)为x早餐吃馒头:x为李明则谓词公式代表命题:李明早餐吃面包或吃馒头。2.2.2 谓词演算永真式定义 给定谓词公式A,若对于A的所有赋值,公式对应的真值总为T,则称该谓词公式为永真式。定义 给定谓词公式A,若对于A的所有赋值,公式对应的真值总为F,则称该谓词公式为永假式。定义 给定谓词公式A,若对于A至少存在一组赋值,公式对应的真值总为T,则称该谓词公式为可满足式。,谓词演算永真式,关于永真
14、式的几个基本原理:代入规则:对公式中的自由变元的更改叫做代入。(1)对公式中出现该自由变元的每一处进行代入。(2)用以代入的变元与原公式中所有变元的名称不能相同。代入原理:若A是永真式,则对A中变元可代入的代入实例都是永真式。替换原理:设A,D为谓词公式,C为A的子公式,且CD。若B为将A中子公式C的某些出现(未必全部)替换为D后所得到的公式,则CD。改名原理:若公式A中无自由变元y,则 xA(x)yA(y)xA(x)yA(y),永真式的基本原理,注意:定理中对A的限制是不可忽略的。例如 x(xy)与改名后的y(yy)显然不等价。谓词公式的对偶式定义 在一个谓词公式A中(其中不出现,词)把公式
15、A中,F,T,变为,T,F,后得到公式A*,则称A*是A的对偶式。定理 若谓词公式A B,则A*B*;若谓词公式A B,则B*A*(这里A,B有同样的个体域)。例如:xA(x)xB(x)x(A(x)B(x)xA(x)xB(x)x(A(x)B(x),对偶式 定理,2.2.3 谓词演算等价式与蕴含式定义 设A和B是两个谓词公式,E为它们共同个体域,如果对A和B的任何一组赋值,两者的真值都相同,则称A和B遍及E是等价的。记作。定义 设A和B是两个谓词公式,E为它们共同个体域,当且仅当是一个永真式时,称永真蕴涵。记作。1.不含量词的谓词公式的永真式 只要用原子谓词公式去替代命题公式的永真式中的原子命题
16、变元,则在第一章中永真蕴含式和等价公式均可变成谓词演算中的永真式:,谓词演算等价式与蕴含式,命题逻辑 谓词逻辑(x)(x)(x)(x)(x).(x)(x)(x)(x)(x)(x)(x)(x)(x)(x).,2.含有量词的等价式和永真蕴含式(1)量词转换律:xP(x)xP(x)xP(x)xP(x)结论:对于非量化命题的否定只需将动词否定,而对于量化命题的否定不但需对动词进行否定,同时对量词也要进行否定。其方法是:x的否定变为x,x的否定变为x。(2)量词分配律 x(A(x)B(x)xA(x)xB(x)x(A(x)B(x)xA(x)xB(x),量词转换率 量词分配率,x(A(x)B(x)xA(x)
17、xB(x)xA(x)xB(x)x(A(x)B(x)x(A(x)B(x)xA(x)xB(x)xA(x)xB(x)x(A(x)B(x)(3)量词辖域的扩张及其收缩律 x(AB(x)A xB(x)x(AB(x)A xB(x)x(AB(x)A xB(x)x(AB(x)A xB(x)xA(x)B x(A(x)B)xA(x)B x(A(x)B)AxB(x)x(AB(x)AxB(x)x(AB(x),量词辖域的扩张与收缩率,结论:在某个量词的辖域中若存在着不含有被此量词所约束的个体变元的子公式,则可将这个子公式从量词的辖域中提出来。xA A xA A(A为不含有变元x的任何谓词公式)2.3 谓词公式的前束范式
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