第三章谓词演算基础-精选
304 谓词逻辑的等值演算
谓词逻辑的等值演算Equivalent Calculus in Predicate Logic天下乌鸦一般黑F(x):x 是乌鸦G(x,y):x与y一般黑原语句可表示成(∀x)(∀y)(F(x)∧F(y)⇒G(x,y))或者~(∃x)(∃y)(F(x)∧F(y)∧~G(x,y))⏹设A, B是两个谓词公式,若A⇔B 是普遍有效的公式,则称A与B等值,记作A ≡B。
⏹类似于命题逻辑,两个谓词公式A, B等值当且仅当在任何解释下,A 和B的真值都相同。
⏹谓词逻辑的等值演算仍是以基本等值式为基础,应用等值演算规则,逐步推演⏹谓词逻辑中的基本等值式主要分两类:⏹其一是从命题公式移植来的等值式,即命题逻辑中基本等值式的代换实例⏹如(∀x)F(x)⇒(∃y)G(y) ≡~(∀x)F(x)∨(∃y)G(y)⏹另一类是谓词逻辑所特有的等值式,与量词有关⏹(消去量词等值式)⏹设论域D={a1, a2, …, a m}是有限集合,则有⏹(∀x)A(x) ≡A(a1)∧A(a2)∧…∧A(a m)⏹(∃x)A(x) ≡A(a1)∨A(a2)∨…∨A(a m)例设论域D = {a, b, c},消去下面公式中的量词:(1) ∀x(F(x)⇒G(x))≡(F(a)⇒G(a))∧(F(b)⇒G(b))∧(F(c)⇒G(c))(2) ∃x∀yF(x,y)≡∃x(F(x,a)∧F(x,b)∧F(x,c))≡ (F(a,a)∧F(a,b)∧F(a,c))∨(F(b,a)∧F(b,b)∧F(b,c))∨(F(c,a)∧F(c,b)∧F(c,c))⏹(量词否定等值式/德·摩根律)⏹设A(x)是含x自由出现的公式,则~(∀x)A(x)≡(∃x)~A(x)~(∃x)A(x)≡(∀x)~A(x)当D = {a1, a2, …, a m} 时∀x A(x)≡A(a1)∧A(a2)∧…∧A(a m),∃x A(x)≡A(a1)∨A(a2)∨…∨A(a m)~∀x A(x)≡~(A(a1)∧A(a2)∧…∧A(a m))≡ ~A(a1)∨~A(a2)∨…∨~A(a m)≡∃x ~A(x)(量词辖域收缩与扩张等值式)设A(x) 是含x自由出现的公式,谓词公式B中不含x的出现,则有∀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⏹(量词分配等值式)设 A (x ), B (x ) 是含 x 自由出现的谓词公式,则有∀x (A (x )∧B (x )) ≡ ∀xA (x )∧∀xB (x ) ∃x (A (x )∨B (x )) ≡ ∃xA (x )∨∃xB (x )⏹注意:∀对∨不满足分配律,∃对∧不满足分配律 当 D = {a 1, a 2, …, a m } 时 ∀x A (x )≡A (a 1)∧A (a 2)∧…∧A (a m ), ∃x A (x )≡A (a 1)∨A(a 2)∨…∨A (a m )⏹设A(x, y)是含x, y自由出现的谓词公式,则有∀x∀y A(x, y) ≡∀y∀x A(x, y)∃x∃y A(x, y) ≡∃y∃x A(x, y)⏹这组等值式表明相同量词与排列的次序无关,但是对于不同量词,不能随意更换次序,即(∀x)(∃y)A(x, y) 与(∃y)(∀x)A(x, y) 不等值⏹谓词逻辑包括以下三条等值演算规则:⏹置换规则⏹设Φ(A)是含谓词公式A的公式,Φ(B)是用谓词公式B取代Φ(A)中的A(不一定是每一处)之后得到的谓词公式,若A≡B,则Φ(A)≡Φ(B)。
第三章 谓词逻辑与归结原理
以正向推理所得结果作为假设进 行反向推理
退出
是 还需要正向推理吗?
否
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华北电力大学
概述-推理的控制策略
搜索策略
推理时,要反复用到知识库中的规则,而知识库中 的规则又很多,这样就存在着如何在知识库中寻找 可用规则的问题 为有效控制规则的选取,可以采用各种搜索策略 常用搜索策略:
归结推理方法在人工智能推理方法中有着很重 要的历史地位,是机器定理证明的主要方法
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归结法的特点
归结法是一阶逻辑中,至今为止的最有效的半可 判定的算法。也是最适合计算机进行推理的逻辑 演算方法 半可判定 一阶逻辑中任意恒真公式,使用归结原理,总 可以在有限步内给以判定(证明其为永真式) 当不知道该公式是否为恒真时,使用归结原理 不能得到任何结论
(5) 上下文限制
上下文限制就是把产生式规则按它们所描述的上下文分组,在某种 上下文条件下,只能从与其相对应的那组规则中选择可应用的规则
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概述-推理的控制策略
推理的控制策略
3.冲突解决策略
(6) 按匹配度排序
在不精确匹配中,为了确定两个知识模式是否可以进行匹配,需要 计算这两个模式的相似程度,当其相似度达到某个预先规定的值时,就 认为它们是可匹配的。若有几条规则均可匹配成功,则可根据它们的匹 配度来决定哪一个产生式规则可优先被应用
如专家系统、智能机器人、模式识别、自然语言理解等
推理
按照某种策略从已有事实和知识推出结论的过程。 推理是由程序实现的,
称为推理机
医疗诊断专家系统
• 知识库中存储经验及医学常识 • 数据库中存放病人的症状、化验结果等初始事实 • 利用知识库中的知识及一定的控制策略,为病人诊治疾病、开出医疗处方就 是推理过程
离散数学第三章 谓词演算基础-唯一性量词与摹状词
谓词P(x)是指个体x所具有的性质, 摹状词是指具有性质P的那个个体x。摹状词 (指导 Nhomakorabea元、作用域)
x(x)——使得(x)成立的那个惟一的个体, 其中称为摹状词, x称为摹状词的指导变元, (x)称为摹状词的作用域。 注意 摹状词的作用域与唯一性量词的作用域 均为谓词演算公式,但摹状词的值为个 体,而唯一性量词的值为真或假,且要 使用摹状词必须满足存在唯一性。
摹状词 xy(x)
对于不满足存在性和唯一性的语句,如“地球的创造”其不 满足存在性、“计算机的发明者”其不满足唯一性等,我们 引入下面的表示方法: x 当!x(x)成立时是指使得(x) 成立的那个惟一的个体x y 否则
xy(x)=
由摹状词的定义可知,下列等式成立。
(xy(x)) =(!x(x)t((t)(t)))(!x(x)(y))
例1 (p57) 他是唯一没有去过北京的人。
解:设 A(e)表示“e为人”;
B(e1,e2)表示e1去过e2;
a表示“他”;
b表示“北京”。
则语句可译为:
!x(A(x) B(x,b) x=a)
例2 (p57) 地球是唯一有人的星球
解: 设 A(e)表示“e为星球”; B(e)表示“e为人”; C(e1,e2)表示e1上有e2; a表示“地球”; 则原句译为: !xy(A(x) B(y) C(x,y)x=a)
第三章 谓词演算基础
3.1 谓词与个体 3.2 函数与量词 3.3 自由变元和约束变元 3.4 永真性和可满足性 3.5 唯一性量词与摹状词 3.5.1 唯一性量词 3.5.2 摹状词
唯一性量词 !
!X 表示“只有一个X”、“恰好有一个X” 。 !x(x)表示恰好有一个x使得(x)为真。 等价公式: !x(x)=x((x)y(xy(y)))
谓词公式等值演算
xA(x)xA(x)
x A(x)x A(x) 3、量词分配律
x(A(x)B(x))xA(x)xB(x)
x(A(x)B(x))xA(x) xB(x) 无法证明,只能理解!
1、个体域为有限集D={a1,a2,...,an},则有 xA(x) A(a1)A(a2)… A(an) xA(x) A(a1)A(a2) … A(an)
(1)/x(A(x)B)/xA(x)B A(x)含自由x (2)/x(A(x)B)/xA(x)B B不含有自由x 5 、约束变元改名规则 将A中某量词辖域中变元的每次约束出现,全部换成公 式中未出现的字母,所得到的公式记为B,则AB 6 、置换规则:公式局部等值变换后,仍与原公式等值。
例题、x(A(x)B)xA(x)B
例题、 xy(F(x)G(y)H(x,y))
xy(F(x)G(y)H(x,y))
xy(F(x)G(y)H(x,y))
xy(F(x)G(y)H(x,y)) 德摩律
xy((F(x)G(y))H(x,y)) pqpq
xy( (F(x)G(y))H(x,y)) 德摩律
xy((F(x)G(y))H(x,y))
离散数学
1、 xA(x) A(a1)A(a2)… A(an) 个体域为有限 xA(x) A(a1)A(a2) … A(an)
2.量词的德摩律
xA(x)xA(x) x A(x)x A(x) 3、量词分配律
x(A(x)B(x))xA(x)xB(x)
x(A(x)B(x))xA(x) xB(x) 4、量词作用域的收缩与扩张律
2.量词的德摩律
xA(x)xA(x)
x A(x)x A(x)
当否定符“”移过时,变成、变成、变 成、变成。
《谓词演算推理理论》课件
3
前向链归结和向前式归结
研究前向链归结和向前式归结的思想和实践。
归结推理的优化策略
1 归结定理和完备性定理
深入了解归结定理和完备性定理,以及其在 优化策略中的应用。
Hale Waihona Puke 2 应用领域探索归结推理在人工智能等领域中的实际应 用,如自动定理证明。
谓词演算推理的拓展研究
谓词演算与基因组学的应用
探索谓词演算在基因组学研究中的应用,如基因表达分析。
谓词演算与知识表示的联系
研究谓词演算与知识表示技术的联系和互动。
谓词演算在数据分析和挖掘中的应用
了解谓词演算在数据分析和挖掘领域中的实际应用。
1
一阶谓词演算的语法和语义
学习一阶谓词演算的基本语法和语义,掌握谓词符号和项的使用。
2
一阶谓词演算的规则
了解一阶谓词演算的推理规则,包括合一、替换和归结等。
归结推理的基本思想和步骤
1
特征集归结和集合论归结
探索特征集归结和集合论归结的基本思想和步骤。
2
树剖归结和深度优先归结
了解树剖归结和深度优先归结的原理和应用。
《谓词演算推理理论》 PPT课件
本PPT课件将介绍谓词演算推理理论的基本概念和方法,以及其在人工智能、 基因组学、计算机科学等领域中的重要性和应用。
什么是谓词演算推理理论
1 基本概念
了解谓词演算推理理论的起源、定义和基本 原理。
2 形式和语义
探讨谓词逻辑公式的形式和语义,以及其在 推理中的作用。
谓词演算推理的基本方法
离散数学第三章 谓词演算基础-自由变元和约束变元
第三章 谓词演算基础
3.1 谓词与个体 3.2 函数与量词 3.3 自由变元和约束变元 3.3.1 自由出现和约束出现 3.3.2 改名和代入 3.4 永真性和可满足性 3.5 唯一性量词与摹状词
改名的规则
(1) 改名是对约束变元而言,自由变元不能改名 ,改名时应对量词的指导变元及其作用域中 所出现的约束变元处处进行; (2) 改名前后不能改变变元的约束关系; (3) 改名用的新名应是该作用域中没有使用过的 变元名称。
例: x(A(x,y)y(B(x,y))) 解: 可把公式改名为: x(A(x,y)z(B(x,z)))
(AB),(AB),(AB),(AB)为公式;
(5) 若A是合式公式,x是A中出现的任何个体变元,则 xA(x),xA(x)为合式公式。 (6)只有有限次使用(1)、(2)、(3)、(4)、(5)所得到的式 子才是合式公式。
自由出现和约束出现
定义2:设为任何一个谓词演算公式,并设
xA(x),xA(x)为公式的子公式,
例 xF(x)G(x,y)
指出公式的指导变元,辖域、约束变元和自由变元。
解:x的辖域仅F(x),x是指导变元,变元x第 一次出现是约束出现,第二次出现是自由 出现,y的出现是自由出现。 所以第一个x是约束变元,第二个x是自由 变元,本质上这两个x的含义是不同的;而 y仅是自由变元。
例 x(x=yx2+x<5x<z)x=5y2
代入规则
(1) 代入必须处处进行,即代入时必须对公 式中出现的所有同名的自由变元进行。 (2) 代入后不能改变原式和代入式的约束关 系。 (3) 代入也可以对谓词填式而言,但也要遵 循上面两条规则; (4) 命题变元也可以实施代入。
例 x(A(x,y)y(B(x,y)C(z)))
离散数学第三章 谓词演算基础-谓词与个体
WRITE(x,y)
其中x,y为变量符号项。
此式表示x和y的关系是WRITE,即作者x写了书y。 此时x可在个体域I (表示作者的集合)上变化; y可在个体域J (表示书名的集合)上变化。
谓词变元
一般地,考察
A(x,y)
其中x,y为变量符号项、A为谓词变元。 此式表示x和y具有关系A。 注意:x,y,A分别在三个域上变化。
可用变元来代替空位。因此,上述谓词可以表 示为: M(x),D(x),B(x,y),ADD(x, y, z)
谓词填式
——谓词的空位上填入个体后所产生的语句。 例如: M(苏格拉底)表示“苏格拉底是人”。 D(苏格拉底)表示“苏格拉底是要死的”。 B(张三,北京)表示“张三生于北京”。 ADD(3,2,5)表示“3+2=5”。
单个体的二元谓词有2个。
个体域{a,b}上的二元谓词
两个个体的二元谓词A(e1,e2)如下图所示:
e1 e2 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15
a a b b
a b a b
T T T T
F T T T
T F T T
T T F T
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: M(苏格拉底)为真, M(孔子)为真, M(孙悟空)为假, M(北京)为假。
一元谓词的数目与个体域的大小有关。
谓词:从个体域到真值集的映射
例如: D(苏格拉底)为真,
D(孙悟空)为假,
B(苏格拉底,希腊)为真 B(苏格拉底,中国)为假, ADD(1,1,2)为真, ADD(3,2,5)为真, ADD(3,2,6)为假。
谓词逻辑的等值和推理演算-PPT精选文档
1.消去和↔ 2.否定词内移
– 应用De Morgan律
3.约束变元易名(如果必要的话) 4.量词左移
– 应用分配等值式
Lu Chaojun, SJTU
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例:求PNF
((x)(y)P(a,x,y)(x)((y)Q(y,b)R(x))) = ((x)(y)P(a,x,y)(x)((y)Q(y,b)R(x))) = (x)(y)P(a,x,y) (x)((y)Q(y,b) R(x)) = (x)(y)P(a,x,y) (x)((y)Q(y,b) R(x)) = (x)((y)P(a,x,y) (y)Q(y,b) R(x)) = (x)((y)P(a,x,y) (z)Q(z,b) R(x)) = (x)(y)(z)(P(a,x,y) Q(z,b) R(x)) = (x)(z)(y)(P(a,x,y) Q(z,b) R(x)) = (x)(y)(z)(P(a,x,y)Q(z,b)R(x)(pp))
Lu Chaojun, SJTU
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量词分配等值式
• 量词对及的分配律
(x)((x)) (x)(x) (x)((x)) (x)(x) (x)((x)) (x)(x) (x)((x)) (x)(x) – 其中 不含自由x ! – 这个条件很容易满足:对约束变元改名即可.
Lu Chaojun, SJTU
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量词分配等值式(续)
• 量词对的分配律
(x)((x)) (x)(x) (x)((x)) (x)(x) (x)((x)) (x)(x) (x)((x)) (x)(x) – 其中 不含自由x !
离散数学第三章 谓词演算基础-永真性和可满足性
x((x)) =x( ∨ (x) = ∨ x (x) = x (x) 所以两公式等价。
例 (p33) 试用等价公式判断两公式是否等价
x(x) 和 x((x))
解: x(x) = (x(x)) = (x(x)) = x((x) ) = x((x) ) x((x)) 所以两公式不等价。
含有量词的谓词演算公式
设个体域I中所有实体变元为a1,a2,…,an,则有: x(x)=(a1)(a2)…(an)
x(x)=(a1)(a2)…(an)
含有量词的谓词演算公式的真假性
x(x)为真
个体域I中的每一个个体均使得取为真
x(x)为真
个体域I中有一个个体使得取为真
I={2,3} I={2,4} T F
F(x): x为偶数 F(x): x为奇数
F F
F(x): x<5
F(x):x是质数
T
T
T
F
考察
xF(x) xF(x)
I={2,3} I={2,4} TT=T FT=T
F(x): x为偶数
F(x): x为奇数
F(x): x<5 F(x):x是质数
FT=T
解:原式= ( x L(x,2)) ( x L(x,3)) = (L(2,2) L(3,2)) (L(2,3) L(3,3)) = (1 0) (0 1) =00 =0
例(p31)已知xy((X(x,y)Y(z))Z(x,y))
试求公式在解释 (I;z;X(e1,e2),Y(e),Z(e1,e2)) =({1,2,3,4};2;e1e2;e为偶数;e1e2) 之下的值。
考察新公式 x y(xyxy)
=(T T T T) (F T T T) (F F T T) (F F F T) =TTTT=T
第三讲谓词演算的等价式与蕴涵式
2.3 量词作用域的扩张与收缩 (x) (A(x) ∨B) (x) A(x)∨B 析取和 (x) (A(x) ∧B) (x) A(x)∧B 合取 (x) (A(x) ∨B) (x) A(x)∨B (x) (A(x) ∧B) (x) A(x)∧B (x)(A(x)B) (x)A(x)B 注意:B不会是 B(x), 可以是B(y)
谓词公式为不可满足的 谓词公式为可满足的
2. 等价式与蕴 (x)(P(x) ∨Q(x)) (x) P(x) (y)Q(y) (x) P(x) ∨ (y)Q(y)
2.2 量词与联接词 之间的关系 (x) P(x) (x) P(x) (x) P(x) (x) P(x) (1)没有不犯错误的人。 设论域:我们班学生 P(x):x今天来上课
第3讲:谓词演算的等价式与蕴涵式
1. 概念 • • • • • 谓词公式中常含客体变元和命题变 在共同个体域 E上的两个谓词公式A 元,用确定的客体取代客体变元, 和 B,若对A、B上的任一组变元进 对谓词公式赋值 用确定的命题取代命题变元,称为 行赋值,所得命题的真值都相同, 对谓词公式赋值。 则称谓词公式 A、B等价。 谓词公式等价 A在E上所有赋 谓词公式A在个体域E上是有效的 值都为T 所有赋值都为F 至少有一种赋值为T
(x) (A(x) B) (x) A(x) B 条件式 (x)(A(x) B) (x) A(x) B (x)(B A(x) ) B (x) A(x) (x) (B A(x) ) B (x) A(x)
设B为假,A(x)在论域中有真有假,则: (x) (A(x) B) 为 假 (x) A(x) B 为 真
?
见书P68证明
2.4 量词的分配律 (x) (A(x) ∧B(x)) (x) A(x)∧ (x) B(x) (x) (A(x) ∨B(x)) (x) A(x) ∨ (x)B(x) 设论域:我们班学生 A(x):x聪明 B(x):x勤奋 2.5 量词与联结词之间的一些蕴涵式 ( x) (A(x) ∧B(x)) ( x) A(x)∧ (x) B(x) (x) A(x) ∨(x)B(x) (x) (A(x) ∨B(x)) 设客体域:整数集合,A(x) : x是偶数, B(x): x是奇数。 ( x) (A(x) ∧B(x)) 有些整数既是奇数又是偶数。
第三章_谓词逻辑与归结原理 ppt课件
*蕴含等值式: A→B<=> ~ A ∨ B ; *等价等值式: A↔B<=> (A→B) ∧(B →A) ; 假言易位式: A → B<=> ~ B → ~ A ; 等价否定等值式: A ↔ B<=> ~ A ↔ ~ B; 归谬论: (A → B) ∧ (A → ~B) <=> ~ A ;
设A为任一命题公式,若A在它的各种赋值下取值均为假,则称 A是永假式。
例: P∧~P
3.1 命题逻辑
可满足式 satisfiable
设A为任一命题公式,如果存在一组取值使A为真,则A为可满 足式。
即:对于命题公式A,若A不是矛盾式,则称A是可满足式。
例:P∧Q
非重言式的可满足式
既是可满足式,又不是重言式
人工智能的经典实验环境—怪物洞穴 (wumpus世界)
洞穴有多个房间组成 某个房间中藏着一只怪物wumpus,它会吃掉进入
这个房间的人,相邻房间中能够感觉到臭味 某些房间中有陷阱,进入房间会被陷阱吞噬,相邻
房间中能够感觉到微风 游戏的主角是一个智能体,可以进入相邻的房间
(对角线不可以) 智能体有且仅有一支箭,用这支箭可以射杀怪物 某个房间中有金子,游戏的目标是智能体找到金子
3.1 命题逻辑
合取范式与析取范式
简单析取式:有限个命题变元或其否定,析取联结符 p∨q; ~p ∨q ; p ; q
合取范式:有限个简单析取式,合取 p∧(p∨q) ∧(~p ∨q)
谓词演算与消解(归结)原理-图文
3.3.3 合一的一个例子
在此基础上又调用: unify (((father bill) (mother bill)), ((father bill) Y )) 导致调用: (1) unify((father bill),(father bill)) unify (father, father) unify (bill, bill) unify (( ), ( )) 所有的调用都成功,返回空代入集 { }。 (2) unify ((mother bill), Y)
与谓词相关的一个正整数称为元数或“参数数目”, 具有相同的名但元数不同的谓词是不同的。
真值true和false也是原子命题。
任何原子命题都能够用逻辑操作符将其变成谓词演 算的命题。用的联结词也和命题演算一样: ∨,∧, ~, => 和=。
当一个变元在一个命题中作为参数出现时,它代表 的是域中不特定的对象。谓词演算包括两个符号, 量词(全称量词)和彐(存在量词), 用于限定 包含变元的命题的含义。
3.2.2 谓词演算的语义
谓词演算表达式的真值 设有表达式E和在非空论域D上对E的一个解释I,E的
真值按以下规律决定: 1)一个常元的值是根据I指派给它的D的一个元素。 2)一个变元的值是根据I指派给它的D的一个元素集合
。 3)一个函词的值是根据由I指派给它的参数值计算得
到的D的元素。 4)真值符号true的值是T,false的值是F。 5)原子命题的值或者为T,或者为F,取决于解释I。 6)如果一个命题的值为F,则其否定式为T,否则为F
▪
~ (P∧Q) = (~P∨~Q)
▪分配律:P∨(Q∧R) = (P∨Q)∧(P∨R)
▪ 分配律:P∧(Q∨R)=(P∧Q)∨(P∧R)
谓词演算及其形式系统
.
1.1 个体、谓词和量词
1.1.1 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的具体
客体,也可以是抽象的客体,诸如数字、 符号等。
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1.1 个体、谓词和量词
1.1.1 个体
谓词演算中把讨论对象——个体的全体称为
个体域(domain of individuals),常用字
母D表示,并约定任何D都至少含有一个成员。
离散数学导论
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1.1 个体、谓词和量词
1.1.1 个体
常元
个体
变元
个体域
全总域
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1.1 个体、谓词和量词
1.1.1 个体
确定的个体常用a,b,c等到小写字母或字
母串表示。a,b,c等称为常元(constants)。
不确定的个体常用字母x,y,z,u,v,w等
来表示。它们被称为变元(variables)。
定义1.1
以下条款规定的符号串称为谓词公式( predicate
forrmula),简称公式。
(1)谓词填式是公式,命题常元是公式 (看作零元谓词)。
(2)如果A,B是公式,x为任一变元, 那么(┐A), (A→B),(xA),(x A)(当使用五个联结词时 还有(A∧B),(A∨B),(AB))都是公式。
Q1,…,Qn为量词 或 ,B中无量词,且仅含联结词
┐,,,B称为母式。当B为合取(析取)范式时, A’称为A的前束合取(析取)范式。
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1.3 谓词公式的前束范式
定理1.4 (前束范式定理)
对任意谓词公式均可作出其前束范式,进而作出其前 束合取范式或前束析取范式。
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1.4 一阶谓词演算形式系统
数学逻辑中的谓词与谓词演算
数学逻辑中的谓词与谓词演算在数学逻辑领域中,谓词是一种用于描述事物属性或关系的语言元素。
谓词演算是一种形式化的推理方法,旨在通过一系列符号化的公式来分析和推断命题的真假性。
本文将对数学逻辑中的谓词与谓词演算进行探讨。
一、谓词的定义与应用谓词是数学逻辑中最基本的概念之一,它是用于描述命题中的属性或关系的符号。
谓词的定义通常包括两个部分:谓词符号和谓词变元。
谓词符号表示谓词的含义,例如P(x)表示“x具有属性P”,Q(x, y)表示“x与y之间存在关系Q”。
谓词变元则是赋予谓词具体内容的变量,可以是常量、变量或复合表达式。
谓词在数学逻辑中广泛应用于命题的表达和推理过程。
通过引入谓词,我们可以更精确地描述事物的属性和关系,使得逻辑推理更加准确和有效。
例如,在数学中我们可以使用谓词来描述“偶数”、“素数”等特殊的数学性质,进而进行相关的推理和证明。
二、谓词演算的基本构成谓词演算是数学逻辑中一种重要的形式化推理方法,旨在通过对谓词之间的关系和结构进行符号化处理,从而进行逻辑推理和证明。
谓词演算通常包括以下几个基本构成要素:1. 逻辑符号:谓词演算中使用的逻辑符号包括命题符号、连接符号和量词符号等。
命题符号用于表示命题的真假,常用的命题符号包括“∧”表示逻辑与、“∨”表示逻辑或、“¬”表示逻辑非等。
连接符号用于连接多个命题形成复合命题,量词符号则用于描述谓词的范围和数量。
2. 公式化规则:谓词演算中使用的公式化规则通常包括谓词逻辑公式的构造和推导规则。
通过这些规则,我们可以将复杂的逻辑关系转化为一系列公式,并进行逻辑推理和证明。
3. 推理规则:谓词演算中的推理规则主要包括共识化、脱离量词、简化和替换等方法。
通过这些推理规则,我们可以通过对谓词形式的公式进行逻辑操作,得到新的公式以推导出结论。
三、谓词演算的应用和意义谓词演算在数学逻辑和计算机科学中有着广泛的应用和重要意义。
它不仅可以用于描述和分析命题的真假性,还可以应用于模型论、证明论和自动推理等领域。
第三章谓词演算基础
例 计算机学院的有些老师是青年教师
解: 设 C(e)表示e为计算机学院的人; T(e)表示e为教师; Y(e)表示e为青年.
也可以理解为“下句话是不对的‘存在一 个x,x是自然数且对一切自然数y,x均大 于y’”,符号化为
x(N(x) ∧y(N(y)G(x,y))
例 没有最大的自然数 。
解2:
设B(x):x是最大的, N(x):x是自然数。
则命题可以表示为:
x(B(x)∧N(x))
典型错误
• 量词后的主联结词错误 • 将集合名词简单化为常个体. 例如,“人”是集
则原句译为:
x( (P(x)A(x,x))(B(a,x) C(b,x)) )
例5 任何人均会犯错误。
解:设 P(e)表示e为人; M(e)表示e为错误; D(e1,e2)表示e1犯e2。
则原句译为:
x( P(x) y(M(y)D(x,y)) )
例6 己所不欲勿施于人。
解:设 P(e)表示e为人; T(e)表示e为东西; W(e1,e2)表示e1要e2; S(e1,e2,e3)表示e1施e2给e3。
合名词 • 谓词中含有联结词 • 引入谓词来限定常个体. 例如,“我”是常个体
解 记 B(e)表示e为蜂蜜; P(e)表示e为花粉; L(e1,e2)表示e1喜欢e2。
原话可以翻译为: x (B(x) y(P(y) L(x,y)))
例 试把下列语句翻译为谓词演算公式 (1)并非“人不为己,天诛地灭”; (06级期末,3分)
5.谓词演算5.15.5
① 设C为真,则C1,C2, …Cn中至少有一个Ci为假, ∵ Ci ∈ S ∴ S是不可满足的
② 设C为假,则由 ~ C ~(Ci Cj) 可知: Ci,Cj中至少有一个为假
且Ci,Cj∈S ∴ S是不可满足的 证闭
(2) 命题逻辑归结 归结过程:给定公理集F(前提)和命题P(结论) ① 用子句形式表示公理集F,得到子句集S0 ② 将P的否定式~ P用子句表示,构成子句集S= S0 ∪{~P} ③ 反复利用归结方法,直到得出空子句(即矛盾式),证明结束 例:已知公理集如下
归结树:
~P∨~Q∨R
P
~Q∨R ~Q ~T
~R ~T∨Q
T
NIL
5.2.3 谓词逻辑归结 合一:寻找项对变量的置换,使表达式达到一致的过程称为合一。 项:由常量、变量和函数组成。 表达式的例:在表达式中,用置换项置换变量后得到的特定表达式。 例如:表达式 P(x, f(y), B) , 用z置换x,用w置换y,得到一个置换例
9 更换变元名称: (变元分离标准化)
(1)~ P(x1) ~ P( y) P( f (x1, y)) (2)~ P(x2) Q(x2, g(x2)) (3)~ P(x3) ~ P(g(x3))
关于公式标准化的讨论: (1)利用斯托林函数标准化得前束范式称为S_标准形。 (2) S_标准形不唯一。选择不同的斯托林函数可以得到不同的S_标准形。 (3)公式F与其S_标准形Fs在F非永假时不等价。
证毕
一个重要结论: P Q ~ Q ~ P
同理,可以得到:(C1C2) C ~ C ~(C1C2)
推论: 设C是子句Ci和Cj的归结式, 则子句集S={C1,C2, …Cn}与子句S’={C,C1,C2, …Cn} 的不可满足性是等价的 其中: Ci,Cj∈S
离散数学 谓词演算(思维导图)
谓词演算I.1个体概念 : 出现在空位出的量或变元叫个体(或客体)i.2个体域 : 讨论对象--个体的全体叫个体域 常用D表示ii.全总域 : 当讨论对象遍及一切个体是, 个体与特成为全总域, 用U表示iii.个体项 : 个体域上个体常元/变元运算, 如a+b f(x)II.3谓词 : 刻画个体的性质/个体间的关系模式, 由谓语和空位组成 常用变元代替空位, 如L(x,y)--这些式子叫谓词命名式, 简称谓词III.量词全称量词 : 个体域中任一个体常元x,都使P(x)为真,记为 --任意xP(x) 任意--全称量词, x--指导变元, P(x)中x--约束变元存在量词 : 个体域中至少一个个体常元x,使P(x)为真, 记为--存在xP(x) 存在--存在量词, x--指导变元, P(x)中x--约束变元IV.简单谓词的自然语句形式化例子设个体域是人类→有人勇敢, 但不是所有人都勇敢B(x) : x是勇敢的存在x(B(x)∧¬任意xB(x))V.谓词的自然语句形式化i.涉及全总个体域的某个局部的所有个体或某些个体时, 要使用限定谓词限定该局部ii.限定谓词与其他谓词间应使用适当联结词当限定谓词用于限定全称量词时,作为蕴涵词的前件当限定谓词用于限定存在量词时,作为合取词的合取项VI.4谓词公式谓词填充式是公式, 命题常元是公式若A,B是公式, x为任一变元, 那么(¬A), (A→B),(任意xA),(存在xA) 当使用五个联结词都是公式备注:1. () + () = ()不确定的个体叫个体变元, 如x/y/z确定的叫个体常元, 如2,3,李四2. 任何D都至少含有一个成员3. 一个空位--一元谓词两个空位--二元谓词4. 以下两条款规定的符号串--谓词公式--公式。
苏格拉底三段论
例 符号化:Shakespeare wrote “Hamlet”。
解: 令
A(x, y)表达x写了y。
则原语句能够符号化为:
A(Shakespeare,Hamlet)
例 符号化:Shakespeare wrote “Hamlet”。
另解: 令
WRITE(x, y)表达x写了y。
则原语句能够符号化为:
WRITE(Shakespeare,Hamlet)
常谓词
例 假如我懂得你不在家,我就不去找你了 。
解:令 F(e1,e2)表达“e1去找e2”,
a表达“我”,
b表达“你”,
K(e1,e2)表达“e1懂得e2不在家”
则原句译为 K(a, b) →F(a,b)
另解: A(e1,e2)表达“e1懂得e2”,
e1 e2 aa
A1 A2 TF
2 谓词数目:
个体域{a,b}上旳二元谓词
A(e1,e2)如下图所示:
e1 e2 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15
aa T F T T T F F FTT T T F F F F ab T T F T T F T TFF T F T F F F ba T T T F T T F TFT F F F T F F bb T T T T F T T FTF F F F F T F
第三章 谓词演算基础
苏格拉底三段论 P:凡人要死 Q:苏格拉底是人 R:苏格拉底要死
此三段论表达为:
(PQ)R
不足: 此三段论是正确旳,但却不是重言式。
谓词演算
在命题演算中,把不可剖开或分解为更简朴命 题旳原子命题作为基本单元。
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xy( (P(x)T(y)W(x,y)) z(P(z)x,y,z)) )
例 所有的正数均可开方。
解:
(i) 若个体域为全体正实数R+,S(X):X可以开方, 则命题符号化为: xS(x)
(ii) 若个体域为全体实数集R,G(x,y):x>y, 则命题符号化为: x((G(x,0) S(x))
(iii) 若D为全总个体域, R(x):x是实数,则符号化为: x((R(x)∧G(x,0)) S(x))
例 没有最大的自然数 。
解:这句话可以理解为“对所有x,若x是自然 数,则存在y,y也是自然数,且y>x”。 引入N(x):x是自然数,G(x,y):x>y, 则符号化为:
x(N(x)y(N(y) ∧G(y,x))
解(1): 设 P(e)表示e为人; A(e1,e2)表示e1为e2; B(e1,e2)表示e1诛e2; C(e1,e2)表示e1灭e2; a表示天; b表示地。
则原句译为:
x((P(x) A(x,x))(B(a,x)C(b,x)))
例 试把下列语句翻译为谓词演算公式 (2)有些学生喜欢所有的老师 。 (06级期末,3分)
也可以理解为“下句话是不对的‘存在一 个x,x是自然数且对一切自然数y,x均大 于y’”,符号化为
x(N(x) ∧y(N(y)G(x,y))
例 没有最大的自然数 。
解2:
设B(x):x是最大的, N(x):x是自然数。
则命题可以表示为:
x(B(x)∧N(x))
典型错误
• 量词后的主联结词错误 • 将集合名词简单化为常个体. 例如,“人”是
?
解 (2) 令G(x):x用左手写字;
P(x): x为人.
则可以翻译为 x(P(x) G(x))
? x (P(x) G(x))
例1 某些人对某些食物过敏。
解:设 A(e)表示e为人; B(e)表示e为食物; C(e1,e2)表示e1对e2过敏。
则原句译为: x(A(x) y(B(y) C(x,y)) )
解:设 P(e)表示e为人; M(e)表示e为错误; D(e1,e2)表示e1犯e2。
则原句译为:
x( P(x) y(M(y)D(x,y)) )
例6 己所不欲勿施于人。
解:设 P(e)表示e为人; T(e)表示e为东西; W(e1,e2)表示e1要e2; S(e1,e2,e3)表示e1施e2给e3。
例 试把下列语句翻译为谓词演算公式 (1)所有蜜蜂均喜欢所有的花粉; (10级期末,3分)
解 记 B(e)表示e为蜂蜜; P(e)表示e为花粉; L(e1,e2)表示e1喜欢e2。
原话可以翻译为: x (B(x) y(P(y) L(x,y)))
例 试把下列语句翻译为谓词演算公式 (1)并非“人不为己,天诛地灭”; (06级期末,3分)
解 (1) 令F(x):x呼吸. 则可以翻译为 xF(x)
解 (2) 令G(x):x用左手写字. 则可以翻译为 xG(x)
例 个体域I为全总个体域,将下列命题符号化:
(1) 凡人都呼吸。
(2) 有的人用左手写字。
解 (1)
令F(x):x呼吸;
x(P(x) F(x))
P(x): x为人. 则可以翻译为 x(P(x)F(x))
解: 记
M(e1,e2) 表示e1 is married to e2;
f(e)
表示e的father;
m(e)
表示e的mother。
则原话可以翻译为:
M(m(John),f(John))
3.2.2 量词
计算机学院学生都是江苏人。 计算机学院学生有江苏人。 计算机学院教师都有学士学位。 计算机学院有些教师没有学士学位。
✓ 所有人 ✓ 有一些 ✓ 计算机系人(包括教师与学生)
全总个体域、量词
(1) 约定变量符号即个体变元x取值于全总个体域U; (2) 用谓词来限定x的取值范围; (3) 引进
全称量词x ——“所有的x”、“一切x”等概念 存在量词x ——“存在一些x”、“有一些x”等概念 (4) 规定一般情况下 紧跟在全称量词x之后的主联结词为“”, 紧跟在存在量词x之后的主联结词为“”。
例4 并非“人不为己,天诛地灭”。
解:设 P(e)表示e为人; A(e1,e2)表示e1为e2; B(e1,e2)表示e1诛e2; C(e1,e2)表示e1灭e2; a表示天; b表示地;
则原句译为:
x( (P(x)A(x,x))(B(a,x) C(b,x)) )
例5 任何人均会犯错误。
解(2): 设 S(e)表示e为学生; T(e)表示e为老师; L(e1,e2)表示e1喜欢e2。
则原句可以译为: ∃x(S(x)∧∀y(T(y) →L(x,y)))
例 试把下列语句翻译为谓词演算公式 (3)凡是对顶角一定相等。 (05级期末,2分)
解(3): 设
A(e1,e2)表示e1与e2为对顶角;
变量 符号
WRITE(son(Shakespeare),Hamlet)
莎士比亚的儿子写了哈姆雷特 函数!
函数项
——以个体为定义域、以个体为值域的函数 约定用f,g,h等表示抽象的函数项。
项 ——包括实体、变量符号和函数符号
例 John’s mother is married to his father
E(e1,e2)表示e1=e2。
则原句可以译为:
xy(A(x,y) E(x,y))
或
xy(A(x,y) (x=y))
例2 金子闪光,但闪光的并非全是金子。
解:设 G(e)表示e为金子; S(e)表示e闪光。
则原句译为:
x(G(x) S(x)) x(S(x) G(x))
或 x(G(x) S(x)) x(S(x) G(x))
例 计算机学院的有些老师是青年教师
解: 设 C(e)表示e为计算机学院的人; T(e)表示e为教师; Y(e)表示e为青年.
则原句译为:
x(C(x)T(x) Y(x))
此例中:x就取值于全总个体域U, 谓词C(x)限定x取值范围。
例 个体域I为人类集合,将下列命题符号化:
(1) 凡人都呼吸。 (2) 有的人用左手写字。
第三章 谓词演算基础
3.1 谓词与个体 3.2 函数与量词
3.2.1 函数项 3.2.2 量词 3.3 自由变元和约束变元 3.4 永真性和可满足性 3.5 唯一性量词与摹状词
项的概念
例 考察谓词 WRITE(x,y)表示x 写了y
WRITE(Shakespeare,Hamlet)
实体
WRITE(Shakespeare,y)
集合名词 • 谓词中含有联结词 • 引入谓词来限定常个体. 例如,“我”是常个
体
第三章 谓词演算基础
3.1 谓词与个体 3.2 函数与量词
3.2.1 函数项 3.2.2 量词 3.3 自由变元和约束变元 3.4 永真性和可满足性 3.5 唯一性量词与摹状词