Bài giảng Luận lý toán học - Chương 1: Tổng quan (Phần 3)
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Luận lý toán học - Chương 1: Tổng quan (Phần 3)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tài liệu đính kèm:
- bai_giang_luan_ly_toan_hoc_chuong_1_tong_quan_phan_3.ppt
Nội dung text: Bài giảng Luận lý toán học - Chương 1: Tổng quan (Phần 3)
- III. Ngữ nghĩa của luận lý mệnh đề Chương 2 ntsơn
- Gán thực trị[*] • Môi trường (Environments) Gán thực trị là gán giá trị T (đúng) hoặc F (sai) cho mỗi biến mệnh đề. Những nhà khoa học máy tính gọi việc gán giá trị cho các biến là một môi trường. [*] Sept. 10, 2007 Copyright © Albert R. Meyer, 2007. All rights reserved. lec 2M.17 @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Gán thực trị Thí dụ : công thức P → (Q R) Môi trường gán các biến P, Q, R : (P) = T, (Q)= T, (R) = F. Môi trường gán các biến P, Q, R : (P) = F, (Q)= T, (R) = F. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Diễn dịch • Diễn dịch trong LLMĐ có hữu hạn trường hợp đánh giá. A sai, B đúng A sai, B sai (A B) → A A sai, B sai A đúng, B đúng A đúng, B sai • Số trường hợp tương ứng với với số dòng của bảng thực trị. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Diễn dịch • Có thể đặc trưng diễn dịch của LLMĐ bằng 1 hàm đánh giá trên các CTN có trong công thức. Thí dụ : Qui ước CT đúng có giá trị 1 và sai là 0. Công thức (P Q) → R có diễn dịch I được đặc trưng bằng hàm đánh giá như sau : (P) = 1, (Q) = 0, (R) = 1. • Để tiện cho việc trình bày, còn sử dụng ký hiệu F thay cho (F). @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Dien dich trên một lớp công thức Chương 2 ntsơn
- Thực trị của một công thức • Nếu A = 1, B = 0 và C = 0 thì ((A→B) (C A)) là đúng hay sai ?. Nếu A = 0, B = 1 và C = 0 thì ((A B) → C) là đúng hay sai ?. Nếu A = 0, B = 1, C = 0 và D = 1 thì (((A C) B) → D) là đúng hay sai. Cần phải xác định qui tắc đánh giá của các toán tử : , , , →. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Bảng thực trị • P, Q là các công thức nguyên. P Q P PQ PQ P→Q 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 • Tất cả diễn dịch của một công thức trong LLMĐ tướng ứng với các dòng của bảng thực trị. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Bảng thực trị • P → Q, tại sao đ → đ là đ, đ → s là s, s → đ là đ, s → s là đ ???. Thí dụ : P = Trời mưa, Q = Phong mang dù. Tình trạng 1 : Trời mưa và Phong mang dù. Tình trạng 2 : Trời mưa và Phong không mang dù. Tình trạng 3 : Trời không mưa và Phong mang dù. Tình trạng 4 : Trời khôngmưa và Phong khôngmang dù. Nguyên tắc không vi phạm. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Bảng thực trị • Một cách định nghĩa khác, bảng thực trị là một hàm trên tập 2 phần tử đúng, sai ({đ, s}). • Các toán tử luận lý là các hàm : : {đ, s} → {đ, s} : {đ, s} {đ, s} → {đ, s} : {đ, s} {đ, s} → {đ, s} → : {đ, s} {đ, s} → {đ, s} @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Thực trị của một công thức Thí dụ : Tính thực trị của công thức (X → (YZ)) X X Y Z YZ X→(YZ) CT 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Thủ tục số học • Chuyển công thức vào để tính thực trị. (P Q) = P + Q + PQ trong Z2, (P Q) = PQ trong Z2, P = 1 + P trong Z2, (P → Q) = 1 + P + PQ trong Z2. • Hệ quả : P + P = 0. P.P = P. P.P = 0. Chú ý ôn phần này -> có thi @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Thực trị của một công thức Thí dụ : tính thực trị của công thức (X → (Y Z)) X ((X → (Y Z)) X) = (X → (Y Z))(X) = (1 + X + X(Y Z))(X) = (1 + X + X.((Y) + Z + (Y)Z))(X) = (1 + X + X(Y) + XZ + X(Y)Z)(X) = (X) + (X)X + (X)X(Y) + (X)XZ + (X)X(Y)Z = (X) + 0 + 0.(Y) + 0.Z + 0.(Y)Z = (X) = 1 + X. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Phương pháp số học loại bỏ những công thức nguyên không ảnh hưởng dến việc tính thực trị @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Cây phân tích • Đánh giá công thức nhờ cây phân tích. Thí dụ : Đánh giá công thức (X → (Y Z)) X, với X, Y, Z lần lượt có giá trịs đ, s, đ. s đ → đ đ X X đ đ Z đ s Y @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Phân loại công thức • I là diễn dịch của công thức X. X hằng đúng (I) X = 1, trong I. X hằng sai (I) X = 0, trong I. X khả đúng (I) X = 1, trong I. X khả sai (I) X = 0, trong I. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Phân loại công thức Nhận xét : – Phủ định của một công thức hằng đúng là công thức hằng sai. – Công thức hằng đúng được gọi là tautology. – (X hằng đúng) ((I) X = 1, trong I) ?. – (X hằng sai) ((I) X = 0, trong I) ?. – (X khả đúng) ((I) X = 1, trong I) ?. – (X khả sai) ((I) X = 0, trong I) ?. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Công thức tương đương – Công thức X và Y tương đương nếu đồng bộ trong việc đánh giá thực trị đối với mọi diễn dịch. Lấy diễn dịch I của X và Y. Nếu X đúng trong I thì Y cũng đúng trong I và ngược lại. Nếu X sai trong I thì Y cũng sai trong I và ngược lại. Ký hiệu X = Y. • Hai CT tương đương có cùng số CTN hay không ? @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Mô hình • Mô hình I của công thức F là diễn dịch I của F và F = 1 trong I. Chú ý : Diễn dịch = interpretation, valuation (tiếng Anh). Mô hình = model (tiếng Anh). Một số tài liệu dùng từ model cho khái niệm diễn dịch. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Các công thức tương đương 1. (F) = F 2. F G = (F → G) (G → F) 3. F → G = F G 4. F → G = G → F 5. (F G) = (F) (G) (DeMorgan) 6. (F G) = (F) (G) (DeMorgan) @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Hằng đúng • Tất cả các công thức sau là hằng đúng ngoại trừ công thức 1 là hằng sai. 1. (F F) hằng sai 2. (F F) 3. F → (F G) 4. (F G) → F 5. ((F→ G) F) → G 6. ((F→ G) G) → F @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Hằng đúng 7. ((F→G) (G→H)) → (F→H) (tính truyền) 8. ((F→G) (F→G)) → F (phản chứng) 9. (F→G) → ((F H)→(G H)) 10. (F→G) → ((F H) → (G H)) 11. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Hằng đúng • Chứng minh ((F→ G) F) → G hằng đúng Lấy diễn dịch I, nếu F đúng trong I, nếu G đúng trong I, CT đúng trong I, nếu G sai trong I , CT đúng trong I, nếu F sai trong I, nếu G đúng trong I , CT đúng trong I, nếu G sai trong I , CT đúng trong I, Vậy CT hằng đúng. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Lưỡng nguyên • Lưỡng nguyên (literal) là CTN hoặc phủ định CTN. Thí dụ : A, B, C là các công thức nguyên. A, B, C, A, B, C là các lưỡng nguyên. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Diễn dịch • Diễn dịch được cho dưới dạng tập hợp các lưỡng nguyên. Thay vì viết F1 = , , Fn = ( = 1 hoăc = 0) thì viết là {signF1, , signFn}. Nếu là 1 thì signFi là Fi. Nếu là 0 thì signFi là Fi. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Diễn dịch Thí dụ : F = (A → B) → (B C) Diễn dịch I = {A, B, C} nghĩa là A = 1, B = 1, C = 1. Diễn dịch J = {A, B, C} nghĩa là A = 1, B = 0, C = 0. Diễn dịch K = {A, B, C} nghĩa là A = 0, B = 0, C = 0. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Dạng chuẩn giao - CNF • Conjunctive normal form (CNF) có dạng : (P1 Pn)1 (Q1 Qm)p, với n, m, p 1, và Pi, Qi là các lưỡng nguyên. Thí dụ : F = (P R) (Q S T) Q. G = P Q (R) H = (P R S) @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Dạng chuẩn giao - CNF • Các bước chuyển về dạng CNF Thí dụ : F = (A → B) → (B A) = (A → B) (B A) = (A B) (B A) = (A B) (B A) = (A (B A)) (B (B A)) = (A B A) (B B A) = (B A) @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Dạng chuẩn giao - CNF • CNF có thể được xây dựng từ bảng thực trị. Thí dụ : F = (A B) → (A B) A B F 1 1 1 1 0 0 (A B) 0 1 0 (A B) 0 0 1 có CNF là F = (A B) (A B) @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Dạng chuẩn giao - CNF Thí dụ : Công thức F có bảng thực trị : A B C F 1 1 1 1 1 1 0 0 (A B C) 1 0 1 1 1 0 0 0 (A B C) 0 1 1 1 0 1 0 0 (A B C) 0 0 1 1 0 0 0 1 có CNF là F = (A B C) (A B C) (A B C) @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Dạng chuẩn giao - CNF • Nhận xét : ❖ Mọi công thức có thể chuyển về dạng chuẩn CNF. ❖ Dạng chuẩn giao không duy nhất. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Mệnh đề • Mỗi khối (P1 Pn)i của CNF được gọi là 1 mệnh đề. Thí dụ : F = (P R) (Q S T) Q F có 3 mệnh đề : (P R), (Q S T) và mệnh đề Q. H = (P R S) có 1 mệnh đề là chính nó. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Mệnh đề • Mệnh đề có 1 lưỡng nguyên được gọi là mệnh đề đơn vị. Thí dụ : F = (P R) (Q S T) Q F có Q là mệnh đề đơn vị Q . @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Mệnh đề • Mệnh đề rỗng là mệnh đề không có lưỡng nguyên nào. • Nhận xét : Với mọi công thức X, X hđ = X (hđ, công thức hằng đúng). X hs = X (hs, công thức hằng sai). Mệnh đề rỗng là công thức hằng sai. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Dạng chuẩn hội - DNF • Disjunctive normal form (DNF) đối ngẫu với CNF. Thí dụ : F = (P R) (Q S T) Q. G = (P Q (R)) H = P R S @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Horn clause • Dạng Horn : giao của các mệnh đề Horn. Mệnh đề Horn là mệnh đề chỉ có 1 lưỡng nguyên dương (positive literal). Thí dụ : (A B) (C D E) thường được viết dưới dạng H = (B → A) và ((C E) → D) • Dạng Horn gồm các cấu trúc điều kiện có hậu quả là một công thức nguyên và nguyên nhân là giao các công thức nguyên. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Dạng chuẩn giao - CNF • CT (dạng CNF) là hằng đúng nếu tất cả mệnh đề chứa Ť hoặc có 1 cặp lưỡng nguyên đổi dấu. Ngược lại, là khả sai (falsiable). • CT (dạng DNF) là hằng sai nếu tất cả thành phần giao chứa ⊥ hoặc có 1 cặp lưỡng nguyên đổi dấu. Ngược lại, là khả đúng (SATisfiable). Nhận xét : Biến đổi về dạng DNF (CNF) tốn kém cả về thời gian và không gian. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Dạng NNF[*] • Công thức ở dạng NNF(negation normal form) khi công thức không chứa toán tử → : 1. Thay “→” dùng (X → Y) = (X Y). 2. Khai triển toán tử dùng X = X, dùng (X Y) = (X Y) dùng (X Y) = (X Y). [*] Logic and Proof - Computer Science Tripos Part IB Michaelmas Term Lawrence C Paulson - Computer Laboratory University of Cambridge lcp@cl.cam.ac.uk @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Dạng NNF Thí dụ : F = (A → B) → (B A) F = (A → B) (B A) (thay →) F = (A B) (B A) (thay →) F = (A B) (B A) (khai triển ) [*] Logic and Proof - Computer Science Tripos Part IB Michaelmas Term Lawrence C Paulson - Computer Laboratory University of Cambridge lcp@cl.cam.ac.uk @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Từ NNF đến CNF[*] • Đẩy vào trong, dùng F (G H) = (F G) (F H) • Đơn giản hóa : – Xóa mệnhđề chứa 2 lưỡngnguyên trái dấu. eg : (F G F) (H K) = H K. – Xóa mệnh đề chứa mệnh đề khác. eg : (H K F) (H K) = H K. – Thay (F G) (F G) bằng G. [*] Logic and Proof - Computer Science Tripos Part IB Michaelmas Term Lawrence C Paulson - Computer Laboratory University of Cambridge lcp@cl.cam.ac.uk @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Hệ quả luận lý • Nếu mọi mô hình của F cũng là mô hình của H thì H được gọi là hệ quả luận lý của F. Ký hiệu F ╞═ H. • F là KB, được gọi là tiền đề và H được gọi là kết luận. • Logical Consequence = Entailment = Hệ quả luận lý (HQLL). @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Hệ quả luận lý • Để chứng minh H là hệ quả luận lý của F : – Liệt kê tất cả diễn dịch. – Chọn các diễn dịch là mô hình của F. – Kiểm tra xem các mô hình này có còn là mô hình của H hay không. Hệ quả luận lý F ╞═ H thỏa thỏa Tập các Diễn dịch Tập con Tập các Diễn dịch @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Hệ quả luận lý Thí dụ : {A, B} ╞═ A B {A, B} ╞═ A B {A, B} ╞═ A → B {A, A B} ╞═ A → B {A B, A B} ╞═ A {A B, A B} ╞═ B {A B, A B} ╞═ A → B {B, A → B} ╞═ A B @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Hệ quả luận lý • Kiểm tra X → Y, X ╞═ Y. X Y X → Y X ╞═ Y 1 1 1 1 1 1 0 0 1 Không là mô hình của KB 0 1 1 0 Không là mô hình của KB 0 0 1 0 Không là mô hình của KB @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Ký hiệu hằng đúng • Ký hiệu công thức H là hằng đúng : ╞═ H Ký hiệu ╞═ H có nghĩa là ╞═ H. Hệ thống { F1, , Fn }╞═ H { F1, , Fn } {CTHằngđúng}╞═ H F1, , Fn CTHằngđúng ╞═ H Do đó khi { F1, , Fn } = thì CTHằngđúng╞═ H. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Công thức hằng đúng • Nếu F ╞═ H thì công thức (F → H) hằng đúng. • Một công thức hằng đúng : F ╞═ H ╞═ (F → H) F ╞═ H ╞═ ( F H) ( F1, , Fn ╞═ H ) (F2, , Fn ╞═ F1 → H) ( F ╞═ H và H ╞═ K ) → (F ╞═ K) (truyền) @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Lý thuyết chứng minh[7] • Bảng thực trị xác định ngữ nghĩa, trong khi các hệ thống chứng minh được gọi là lý thuyết chứng minh (proof theory). • Hệ thống chứng minh được gọi là đúng đắn (sound) nếu mọi sequent (F ├─ H) phát sinh (F → H) là hằng đúng. Vì vậy tiên đề phải là hằng đúng và mọi luật suy diễn sẽ phát sinh hằng đúng. • Hệ thống chứng minh phát sinh mọi hằng đúng được gọi là đầy đủ (complete). @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Soundness & Completeness • Tương quan giữa 2 khái niệm ├─ và╞═ H. ├─ F H ╞═ Định lý (soundness). Nếu F├─ H thì F╞═ H. Định lý (completeness). Nếu F╞═ H thì F├─ H. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Soundness • Thủ tục để có F├─ H được gọi là sound nếu có F├─ H thì F╞═ H. • Một số trường hợp, thủ tục có tính sound không tìm thấy lời giải, mặc dù lời giải tồn tại (*). (*) Description Logics Deduction in Propositional Logic Enrico Franconi, franconi@cs.man.ac.uk @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Completeness • Thủ tục để có F├─ H được gọi là complete nếu F╞═ H thì có F├─ H. • Một số trường hợp, thủ tục có tính complete nói có thể tìm thấy lời giải, mặc dù lời giải không tồn tại (*). (*) Description Logics Deduction in Propositional Logic Enrico Franconi, franconi@cs.man.ac.uk @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Soundness & Completeness • Bảng thực trị cung cấp một thủ tục có tính sound và complete để kiểm tra tính khả đúng, hằng đúng và hệ quả luận lý trong LLMĐ. • Tìm tính khả đúng, hằng đúng và hệ quả luận lý trong LLMĐ là loại decidable problems. (*) Description Logics Deduction in Propositional Logic Enrico Franconi, franconi@cs.man.ac.uk @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Bài tập Chương 2 : Luận lý mệnh đề Chương 2 ntsơn
- Lập bảng thực trị Cho các công thức sau : 1. (P Q) ((P Q)) 2. (P → Q) → (Q → P) 3. (P → Q) → (Q → P) 4. P (P → Q) 5. (P (Q → P)) → P 6. P (Q → P) 7. (P Q) (P Q) ((P → Q)) @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Tương quan giữa các toán tử So sánh các công thức sau : 1. (P → (Q)) và (P Q) 2. (P → Q) và (P Q) Nhận xét gì về sự liên hệ của các toán tử ? @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Tương quan giữa các toán tử Viết ra các công thức sau chỉ dùng → và : 1. (P Q) (Q → P) 2. (P Q) ((P Q)) 3. P (P → Q) 4. (P (Q → P)) → P 5. P (Q → P) 6. (P Q) (P Q) ((P → Q)) @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Dùng thủ tục số học Tính các công thức : 1. (P Q) ((P Q)) 2. (P → Q) → (Q → P) 3. (P → Q) → (Q → P) 4. P (P → Q) 5. (P (Q → P)) → P 6. P (Q → P) 7. (P Q) (P Q) ((P → Q)) @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Sự tương đương Chứng minh sự tương đương của các công thức : 1. (P → Q) → (P Q) = (P → Q) (Q → P) 2. P Q (P Q) = P Q (P Q) 3. (P → Q) (P → R) = (P → (Q R)) 4. P (P → (P Q)) = P Q (P Q) @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Hằng đúng - Hằng sai Xác định tính hằng đúng, hằng sai của các công thức : 1. (S) → S 2. (S T) T 3. (S→T)→ (T→ S) 4. P (P → Q) 5. (P (Q → P)) → P 6. P ((P → Q)) 7. ((A B) (A C)) → (B C). @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Mô hình Tìm một mô hình cho mỗi công thức : 1. (S) → S 2. (S T) T 3. (S→T)→ (T→ S) 4. P (P → Q) 5. (P (Q → P)) → P 6. P ((P → Q)) 7. ((A B) (A C)) → (B C). @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Mô hình Diễn dịch nào : I1 = {S} I2 = {S, T} I3 = {A, B, C} I4 = {S, T, A, B, C, P, Q} là mô hình của các công thức sau : 1. (S) → S 2. (ST) T 3. P (P → Q) 4. (P → Q) → (Q → P) 5. ((A B) (A C)) → (B C). @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Dạng chuẩn CNF Chuyển thành dạng CNF 1. (P → Q) 2. (P Q) (P Q) 3. (P Q) → R 4. (P Q) (P Q) 5. (P → Q) → R 6. P → ((Q R) → S) 7. P (P Q R) 8. (P → Q) (P Q) 9. (P Q) (P Q). @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Hằng đúng - Hằng sai Chứng minh các công thức sau đây là hằng đúng, hằng sai, hay khả đúng khả sai : 1. (S) → S 2. (ST) T 3. (S→T)→(T→ S) @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Mô hình Tìm một mô hình I cho công thức F. F = ((AB) B) → A Mở rộng I để nó cũng là mô hình của G. G = ((AC) C) → A. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Hệ qủa luận lý Chứng minh K là hệ quả luận lý của hệ thống {F1, F2, F3, F4} : F1 = J → P T, F2 = K Q → J, F3 = T → A, F4 = P A. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Hệ qủa luận lý Công thức nào là hệ quả luận lý của hệ thống {A, B, A→ C } 1. A B. 2. A B. 3. B → C. 4. (A B) C. @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Hằng đúng Công thức nào sau đây là hằng đúng : 1. (x → x) 2. (x x) 3. (((P → Q) (P → Q)) → Q) 4. (A → (B → A)) 5. ((A B) → (B → A)) 6. ((P Q) (Q → P)) 7. (((X → Y) → X) → Y). @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn
- Hết slide @Nguyễn Thanh Sơn ntsơn