Logiikan kertausta. TIE303 Formaalit menetelmät, kevät Antti-Juhani Kaijanaho. Jyväskylän yliopisto Tietotekniikan laitos.

Samankaltaiset tiedostot

Insinöörimatematiikka A

Loogiset konnektiivit

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, kevät 2011 (IV) Antti-Juhani Kaijanaho. 16. maaliskuuta 2011

Luonnollisen päättelyn luotettavuus

2. Minkä joukon määrittelee kaava P 0 (x 0 ) P 1 (x 0 ) mallissa M = ({0, 1, 2, 3}, P M 0, P M 1 ), kun P M 0 = {0, 1} ja P M 1 = {1, 2}?

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, syksy Antti-Juhani Kaijanaho. 8. syyskuuta 2016

LOGIIKKA johdantoa

Ratkaisu: Käytetään induktiota propositiolauseen A rakenteen suhteen. Alkuaskel. A = p i jollain i N. Koska v(p i ) = 1 kaikilla i N, saadaan

-Matematiikka on aksiomaattinen järjestelmä. -uusi tieto voidaan perustella edellisten tietojen avulla, tätä kutsutaan todistamiseksi

Konnektiivit. On myös huomattava, että vain joillakin luonnollisen kielen konnektiiveilla on vastineensa lauselogiikassa.

Predikaattilogiikan malli-teoreettinen semantiikka

Approbatur 3, demo 1, ratkaisut A sanoo: Vähintään yksi meistä on retku. Tehtävänä on päätellä, mitä tyyppiä A ja B ovat.

Ratkaisu: Yksi tapa nähdä, että kaavat A (B C) ja (A B) (A C) ovat loogisesti ekvivalentit, on tehdä totuustaulu lauseelle

T Kevät 2006 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 8 (opetusmoniste, kappaleet )

Nimitys Symboli Merkitys Negaatio ei Konjuktio ja Disjunktio tai Implikaatio jos..., niin... Ekvivalenssi... jos ja vain jos...

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Roosa Niemi. Riippuvuuslogiikkaa

T Syksy 2005 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 8 (opetusmoniste, kappaleet )

FI3 Tiedon ja todellisuuden filosofia LOGIIKKA. 1.1 Logiikan ymmärtämiseksi on tärkeää osata erottaa muoto ja sisältö toisistaan:

T Syksy 2004 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 7 (opetusmoniste, kappaleet )

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

Kesälukio 2000 PK2 Tauluharjoituksia I Mallivastaukset

Lauselogiikka Tautologia

T Syksy 2004 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 2 (opetusmoniste, lauselogiikka )

Johdatus logiikkaan I Harjoitus 4 Vihjeet

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Johdatus logiikkaan I, syksy 2018 Harjoitus 4 Ratkaisuehdotukset

T Kevät 2009 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 8 (Predikaattilogiikka )

Logiikka 1/5 Sisältö ESITIEDOT:

Diskreetit rakenteet. 3. Logiikka. Oulun yliopisto Tietojenkäsittelytieteiden laitos 2015 / 2016 Periodi 1

Predikaattilogiikkaa

Propositiot: Propositiot ovat väitelauseita. Totuusfunktiot antavat niille totuusarvon T tai E.

Opintomoniste logiikan ja joukko-opin perusteista

811120P Diskreetit rakenteet

3. Predikaattilogiikka

T Kevät 2005 Logiikka tietotekniikassa: erityiskysymyksiä I Kertausta Ratkaisut

Ensimmäinen induktioperiaate

Ratkaisu: (b) A = x 0 (R(x 0 ) x 1 ( Q(x 1 ) (S(x 0, x 1 ) S(x 1, x 1 )))).

Kirjoita käyttäen propositiosymboleita, konnektiiveja ja sulkeita propositiologiikan lauseiksi:

Lisää kvanttoreista ja päättelyä sekä predikaattilogiikan totuustaulukot 1. Negaation siirto kvanttorin ohi

Totuusjakaumat. Totuusjakauma eli valuaatio v on kuvaus v : {p 0, p 1, p 2,...} {0, 1}. Käytämme jatkossa joukolle {0, 1} merkintää B.

T Kevät 2009 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 2 (lauselogiikka )

Ensimmäinen induktioperiaate

Todistusteoriaa. Kun kielen syntaksi on tarkasti määritelty, voidaan myös määritellä täsmällisesti, mitä pätevällä päättelyllä tarkoitetaan.

T Logiikka tietotekniikassa: perusteet Kevät 2008 Laskuharjoitus 5 (lauselogiikka ) A ( B C) A B C.

1 Logiikkaa. 1.1 Logiikan symbolit

Tietojenkäsittelyteorian alkeet, osa 2

Johdatus logiikkaan 2

T kevät 2007 Laskennallisen logiikan jatkokurssi Laskuharjoitus 1 Ratkaisut

Modaalilogiikan ja predikaattilogiikan kaavojen vastaavuus

missä on myös käytetty monisteen kaavaa 12. Pistä perustelut kohdilleen!

Tehtävä 1. Päättele resoluutiolla seuraavista klausuulijoukoista. a. 1 {p 3 } oletus. 4 {p 1, p 2, p 3 } oletus. 5 { p 1 } (1, 2) 7 (4, 6)

5.1 Semanttisten puiden muodostaminen

Laskennan rajoja. TIEA241 Automaatit ja kieliopit, syksy Antti-Juhani Kaijanaho. 10. joulukuuta 2015 TIETOTEKNIIKAN LAITOS.

Rekursiiviset tyypit

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Johdatus logiikkaan I, syksy 2018 Harjoitus 5 Ratkaisuehdotukset

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä, todistuksia ym., osa I

Johdatus modaalilogiikkaan. Veikko Rantala Ari Virtanen

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä, todistuksia ym., osa I

Vastaus 1. Lasketaan joukkojen alkiot, ja todetaan, että niitä on 3 molemmissa.

Miten perustella, että joukossa A = {a, b, c} on yhtä monta alkiota kuin joukossa B = {d, e, f }?

Tehtäväsarja I Seuraavissa tehtävissä harjoitellaan erilaisia todistustekniikoita. Luentokalvoista 11, sekä voi olla apua.

Pikapaketti logiikkaan

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä ym., osa I

Lause 5. (s. 50). Olkoot A ja B joukkoja. Tällöin seuraavat ehdot ovat

Entscheidungsproblem

Äärellisten mallien teoria

FORMAALI SYSTEEMI (in Nutshell): aakkosto: alkeismerkkien joukko kieliopin määräämä syntaksi: sallittujen merkkijonojen rakenne, formaali kuvaus

Induktio kaavan pituuden suhteen

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, kevät 2011 (IV) Antti-Juhani Kaijanaho. 19. tammikuuta 2012

Entscheidungsproblem

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, syksy Antti-Juhani Kaijanaho. 12. marraskuuta 2015

Matemaattinen logiikka

MS-A0401 Diskreetin matematiikan perusteet Yhteenveto, osa I

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä ym., osa I

Kuvaus eli funktio f joukolta X joukkoon Y tarkoittaa havainnollisesti vastaavuutta, joka liittää joukon X jokaiseen alkioon joukon Y tietyn alkion.

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Heidi Luukkonen. Sahlqvistin kaavat

Kuvaus eli funktio f joukolta X joukkoon Y tarkoittaa havainnollisesti vastaavuutta, joka liittää joukon X jokaiseen alkioon joukon Y tietyn alkion.

Todistusmenetelmiä Miksi pitää todistaa?

Johdatus logiikkaan 1

Ramseyn lauseen ensimmäinen sovellus

Toinen muotoilu. {A 1,A 2,...,A n,b } 0, Edellinen sääntö toisin: Lause 2.5.{A 1,A 2,...,A n } B täsmälleen silloin kun 1 / 13

Äärellisen mallin ominaisuus filtraation kautta

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 2 / vko 9

Rekursio. Funktio f : N R määritellään yleensä antamalla lauseke funktion arvolle f (n). Vaihtoehtoinen tapa määritellä funktioita f : N R on

Vaihtoehtoinen tapa määritellä funktioita f : N R on

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, kevät 2011 (IV) Antti-Juhani Kaijanaho. 31. maaliskuuta 2011

on rekursiivisesti numeroituva, mutta ei rekursiivinen.

1. Logiikan ja joukko-opin alkeet

Seuraus 4.2 Kaavajoukko Φ on ristiriidaton jos ja vain jos on olemassa kaava ϕ, jolla Φ ϕ.

Johdatus logiikkaan 1

Ratkaisu: a) Kahden joukon yhdisteseen poimitaan kaikki alkiot jotka ovat jommassakummassa joukossa (eikä mitään muuta).

Johdatus matematiikkaan

Logiikka I 7. harjoituskerran malliratkaisut Ratkaisut laati Miikka Silfverberg.

T Syksy 2004 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 12 (opetusmoniste, kappaleet )

Modaalilogiikan täydellisyyslauseesta

Pinoautomaatit. TIEA241 Automaatit ja kieliopit, kesä Antti-Juhani Kaijanaho. 6. kesäkuuta 2013 TIETOTEKNIIKAN LAITOS. Pinoautomaatit.

Propositionaalinen dynaaminen logiikka

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, syksy Antti-Juhani Kaijanaho. 19. syyskuuta 2016

Transkriptio:

TIE303 Formaalit menetelmät, kevät 2005 Logiikan kertausta Antti-Juhani Kaijanaho antkaij@mit.jyu.fi Jyväskylän yliopisto Tietotekniikan laitos TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 1/17

Luento2Luentomoniste Luvut 5 ja 6 (ss.49 67) TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 2/17

Sisältö lauselogiikan syntaksi ja semantiikka ensimmäisen kertaluvun logiikan syntaksi ja semantiikka päättelyjärjestelmistä TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 3/17

Lauselogiikan syntaksi 1 Lauselogiikassa tarkastellaan väitelauseiden mahdollisia (sovelluksesta riippumattomia) muotoja. Mielivaltaista väitelausetta edustaa lausemuuttuja X, Y, Z,.... Väitelauseita voidaan muodostaa toisista väitelauseista konnektiivien avulla: konjunktio, ja disjunktio, tai implikaatio, jos-niin ekvivalenssi, jos ja vain jos Peircen nuoli, ei-tai Shefferin viiva, ei-ja poissulkeva tai negaatio, ei käänteinen implikaatio, vain jos Lisäksi kaksi lausevakiota: ja. TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 4/17

Lauselogiikan syntaksi 2 Formaali määritelmä matemaatikon tarkkuudella : Lauselogiikan kaavojen joukko on pienin joukko, jolle pätee seuraavaa: Kaikki lausemuuttujat ovat lauselogiikan kaavoja. Kaikki lausevakiot ovat lauselogiikan kaavoja. Jos p on lauselogiikan kaava, niin p on lauselogiikan kaava. Jos p ja q ovat lauselogiikan kaavoja, niin p q, p q, p q, p q, p q, p q, p q ja p q ovat lauselogiikan kaavoja. Kaavat ovat väitelauseiden edustajia. Lausemuuttujat ja lausevakiot ovat atomikaavoja, muut molekyylikaavoja. TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 5/17

Lauselogiikan semantiikka Jokaisella kaavalla on totuusarvo, joka on joko tosi tai epätosi (ns. poissuljetun kolmannen laki) Millään kaavalla ei ole kahta eri totuusarvoa (ns. ristiriidan laki) Molekyylikaavan totuusarvo riippuu pelkästään alikaavojensa totuusarvoista (ns. totuusfunktioiden laki) Totuustaulut: p q p p q p q p q p q p q p q p q p q 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 6/17

Ensimmäisen kertaluvun logiikka FOL = First-Order Logic, ensimmäisen kertaluvun logiikka Kuten lauselogiikassa, FOL:ssa kaavat edustavat väitelauseita. FOL:ssa tulee uusi ilmaisutyyppi, termit, jotka edustavat yksilöitä. FOL:n atomikaavat ilmaisevat yksilöiden välisiä suhteita. TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 7/17

Ensimmäisen kertaluvun aakkosto Kiinnitetään aluksi numeroituvasti äärettömät yksilömuuttujien ja lausemuuttujien erilliset joukot. Kolmikko (P, F, a) on ensimmäisen kertaluvun aakkosto, jos P ja F ovat numeroituvia, erillisiä joukkoja, joiden alkiot eivät ole yksilömuuttujia saati lausemuuttujia, ja a on funktio joukosta P F luonnollisille luvuille ja kaikilla p P pätee a(p) > 0. Joukon P alkioita sanotaan predikaattisymboleiksi ja joukon F alkoita sanotaan funktiosymboleiksi. Niitä joukon F alkoita f, joille a(f) = 0 pätee, sanotaan myös vakiosymboleiksi. Lukua a(s), missä s P F, sanotaan symbolin s ariteetiksi. Kukin ensimmäisen kertaluvun aakkosto määrittelee ensimmäisen kertaluvun kielen seuraavissa kalvoissa esitettävällä tavalla. Huomaa: ensimmäisen kertaluvun logiikka on siis kieliperhe, ei yksi kieli kuten lauselogiikan tapauksessa. TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 8/17

Ensimmäisen kertaluvun termit Olkoon (P, F, a) ensimmäisen kertaluvun aakkosto. Tällöin pienin joukko, jolle seuraavat ehdot pätevät, on ensimmäisen kertaluvun termien joukko: 1. Jokainen yksilömuuttuja kuuluu tähän joukkoon. [muuttujatermit] 2. Jos f on funktiosymboli ja n on sen ariteetti ja jos t 1,..., t n kuuluvat tähän joukkoon, niin f(t 1,..., t n ) kuuluu tähän joukkoon. [funktiotermit; tapauksessa n = 0 vakiotermit] TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 9/17

Ensimmäisen kertaluvun kaavat Olkoon (P, F, a) ensimmäisen kertaluvun aakkosto. Tällöin pienin joukko, jolle seuraavat ehdot pätevät, on ensimmäisen kertaluvun kaavojen joukko: 1. Jokainen lausemuuttuja kuuluu tähän joukkoon. [muuttujakaavat] 2. Jos p on predikaattisymboli ja n on sen ariteetti ja jos t 1,..., t n kuuluvat tähän joukkoon, niin p(t 1,..., t n ) kuuluu tähän joukkoon. [predikaattitermit] 3. Jos p kuuluu tähän joukkoon, niin myös p kuuluu tähän joukkoon. 4. Jos p ja q kuuluvat tähän joukkoon, niin p q, p q, p q, p q, p q, p q, p q ja p q kuuluvat tähän joukkoon. 5. Jos p kuuluu tähän joukkoon ja x on yksilömuuttuja, niin ( x)p ja ( x)p kuuluvat tähän joukkoon. TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 10/17

Vapaat ja sidotut muuttujat Yksilömuuttuja esiintyy vapaana kaavassa, jos se ylipäätään esiintyy kaavassa ja ainakin yksi esiintymä ei ole sellaisen kvanttorin sisällä, jossa kyseinen muuttuja toimii kvanttorimuuttujana. Kvanttori sitoo muuttujansa. Formaalimmin: Olkoon ensimmäisen kertaluvun aakkosto kiinnitetty. Yksilömuuttuja esiintyy termissä vapaana, jos kyseinen termi on muuttujatermi ja kyseinen muuttuja on kyseisen termin muuttuja, tai jos kyseinen termi on funktiotermi ja kyseinen muuttuja esiintyy vapaana jossain kyseisen termin alitermissä. Yksilömuuttuja esiintyy kaavassa vapaana, jos kyseinen kaava ei ole kvanttorikaava ja kyseinen yksilömuuttuja esiintyy jossain kyseisen kaavan välittömässä alikaavassa tai välittömässä alitermissä vapaana, tai jos kyseinen termi on kvanttorikaava ja kyseinen muuttuja esiintyy kyseisen kaavan välittömässä alikaavassa eikä kyseinen muuttuja ole kvanttorin muuttuja. TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 11/17

Korvaukset Vapaa (yksilö)muuttuja voidaan (ja joskus pitää) korvata toisella yksilömuuttujalla vapaasti. Tämä ei muuta kaavan tai termin merkitystä sinänsä miksikään. Merkintä e[x/t] tarkoittaa, että kaavassa tai termissä e korvataan kaikki x:n vapaat esiintymät termillä t. Kuitenkin jos korvaus johtaisi vapaan muuttujan sidontaan, niin sidottu muuttuja nimetään ensiksi uudelleen. Esimerkiksi: p(x, f(c))[x/f(c)] on p(f(c), f(c)) p(x, y) q(f(x), y)[x/g(f(x)))] on p(g(f(x)), y) q(f(g(f(x))), y) (( x)p(x))[x/y] on ( x)p(x) (( y)p(x))[x/y] on ( z)p(y) TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 12/17

Ensimmäisen kertaluvun struktuurit Olkoon (P, F, a) ensimmäisen kertaluvun aakkosto. Kaksikko (U, m), missä U on epätyhjä joukko ja m on kuvaus { f F a(f) = n }:ltä funktioiden U n :ltä U:lle joukolle jokaiselle n sekä kuvaus { p P a(p) = n }:ltä joukon U n osajoukoille jokaiselle n, on ensimmäisen kertaluvun struktuuri. Joukkoa U sanotaan universumiksi, sen alkioita yksilöiksi ja funktiota m tulkintafunktioksi. Käytännössä struktuuri nimeää yksilöt sekä niiden väliset kuvaukset ja suhteet sekä määrää, miten nämä suhtautuvat funktio- ja relaatiosymboleihin. Struktuuri määrää, mikä on näiden symboleiden semantiikka, kuten seuraavalla kalvolla nähdään. TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 13/17

Ensimmäisen kertaluvun kielen semantiikka Olkoot ensimmäisen kertaluvun aakkosto ja struktuuri annetut. Termin merkitys annetaan siten, että jos jokaiselle termissä vapaana esiintyvälle yksilömuuttujalle on nimetty jokin yksilö, jota se edustaa, niin termin merkitys on jokin yksilö. Muuttujatermin merkitys on termin muuttujan yksilö. Termin f(t 1,..., t n ) merkitys saadaan kaavasta m(f)( t 1,..., t n ), missä t i on termin t i merkitys. Kaavan merkitys, joka on totuusarvo, kun vapaiden muuttujien yksilöt on annettu, rakennetaan niin kuin voisi olettaa ei-kvanttori-tapauksissa. Kaavan ( x)p totuusarvo on tosi, jos on olemassa joku yksilö siten, että p:n totuusarvo on tosi, kun x:n yksilöksi on nimetty tuo yksilö. Kaavan ( x)p totuusarvo on tosi, jos p:n totuusarvo on tosi riippumatta siitä, mikä yksilö on nimetty x:n yksilöksi. TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 14/17

Päättely Seuraus (engl. sequent) on kahden kaavajoukon muodostama pari. Kumpi tahansa joukko voi olla tyhjä. Seuraus jossa ensimmäiseen joukkoon kuuluvat P ja Q ja toiseen joukkoon kuuluvat P Q ja P Q, kirjoitetaan P, Q P Q, P Q. Epämuodollisesti: seuraus P 1,..., P n Q 1,..., Q m pitää paikkaansa jos kaava (P 1 P n ) (Q 1 Q m ) on tosi. Päätelmä (engl. inference) on seurausten jono, jossa kukin seuraus, ensimmäistä lukuunottamatta, on saatu sitä edeltävistä yhtä päättelysääntöä käyttämällä. TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 15/17

Päättelysäännöt 1 Aksiooma Γ 1 A, A pitää paikkansa. Vasen heikennys Jos Γ pitää paikkansa niin Γ, A pitää paikkansa. Oikea heikennys Jos Γ pitää paikkansa niin Γ, A pitää paikkansa. -vasen Jos Γ, A pitää paikkansa niin Γ, A pitää paikkaansa. -oikea Jos Γ, A pitää paikkansa niin Γ, A pitää paikkaansa. TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 16/17

Seuraava luento: maanantaina 7.2. klo 10 samassa salissa (Ag Beeta). TIE303 Formaalit mentetelmät, 2005-01-27 p. 17/17