148.离散数学谓词逻辑ZanderZhao

在研究命题逻辑中,原子命题是命题演算中最基本的单位,不再对原子命题进行分解,这样会产生两大缺点:

(1)不能研究命题内部的结构,成分和内部逻辑的特征;

(2)也不可能表达两个原子命题所具有的共同特征,甚至在命题逻辑中无法处理一些简单又常见的推理过程。

例如著名的“苏格拉底三段论”:凡人都是要死的,苏格拉底是人,所以苏格拉底是要死的。

显然,该论证是正确的,但不能用命题逻辑的推理规则推导出来。

我们可将原子命题分解成两部分:个体(名词,代词)+谓词(动词)。

例如:人总是要死的

小王比小明高。

在命题的研究中,基于谓词分析的逻辑,称为谓词逻辑。谓词逻辑是命题逻辑的扩充和发展。

谓词逻辑(对原子命题分割)

简单命题中表示主体或客体的词,称为个体。通常用a,b,c,…表示。

用以刻画客体的性质或关系的模式,称为谓词。通常用大写字母F,G,H,…表示。

例如张华是大学生。李明是大学生。

若G:表示“是学生”,a:表示“张华”,b:表示“李明”.

则上述两个命题可符号化为:G(a)与G(b).

例如小王比小明高。

若H:表示“…比…高”;a:表示“小王”,b:表示“小明”.

则上述命题可符号化为:H(a,b).绝不可以写为:H(b,a).

1′谓词填式:谓词字母后填以客体所得的式子。例如:G(a)、G(b)、H(a,b)

2′若谓词字母联系着一个客体,则称作一元谓词;

若谓词字母联系着二个客体,则称作二元谓词;

若谓词字母联系着n个客体,则称作n元谓词。

一元谓词表示一个个体所具有的性质;

n元谓词表示n个个体之间的关系。

3′客体的次序必须是有规定的。

例如F:“总是要死的。”

a:“张华”;a:“老虎”;c:“桌子”;

则F(a),F(b),F(c)均为命题。

在上例中,若令x表示个体变元,x{a,b,c},则F(x):x总是要死的.称F(x)为命题函数。(变化的命题)

定义:由一个谓词字母F和一个非空的个体变元集合D所组成的表达式,称为简单命题函数。

分析:

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;

当命题函数含有两个个体变元时,则称为二元简单命题函数。

b)用任何个体去取代客体变元之后,则命题函数就变为命题;

c)命题函数中个体变元的取值范围称为个体域(论述域)。

例如:F(x):x是质数。(一元命题函数)G(x,y):x生于y。(二元命题函数)

其值取决于个体域。

个体域的给定形式有二种:

①具体给定。eg:{a,b,c}

②全总个体域:宇宙间的一切事物组成的个体域。所有的个体都从该域中取得。

将命题函数化为命题,通常有两种方法:

1)将x取定一个值。如:F(4),F(5).

2)将谓词量化。如:xF(x),xF(x).

例如:任何正整数都大于零。——命题可表示为xF(x).

谓词与函数的比较

代数

自变量

函数

函数值

定义域

逻辑

个体变元

谓词

命题

个体域

对个体变元数量限制的词,称为量词。

例如“这里所有的东西都是苹果”可写成:xA(x)或(x)A(x).

“”几种表达式的读法:xP(x):“对所有的x,x是…”;xP(x):“对所有x,x不是…”;xP(x):“并不是对所有的x,x是…”;xP(x):“并不是所有的x,x不是…”。

例如:将“对于所有的x和任何的y,如果x高于y,那么y不高于x”写成命题表达形式。

解:xy(G(x,y)→G(y,x))G(x,y):x高于y.

“”几种表达式的读法:xP(x):“存在一个x,使x是…”;xP(x):“存在一个x,使x不是…”;xP(x):“不存在一个x,使x是…”;xP(x):“不存在一个x,使x不是…”。

例如:(a)存在一个人;(b)某个人很聪明;(c)某些实数是有理数将(a),(b),(c)写成命题。

解:规定:M(x):x是人;C(x):x是很聪明;R1(x):x是实数(特性谓词);R2(x):x是有理数;则(a)xM(x);(b)x(M(x)∧C(x));(c)x(R1(x)∧R2(x))。

量化命题的真值:决定于给定的个体域.

例如给定个体域:{a1,…,an}。

以{a1,…,an}中的每一个个体代入

量词与否定联结词“”之间的关系:例:设P(x)表示x今天来校上课,比较可以得到:(x)P(x)(x)P(x)(x)P(x)(x)P(x)

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(x1,…,xn)来表示。

(P为n元谓词,x1,…,xn为个体变元),当n=0时称为零元谓词公式。

谓词公式的归纳法定义:⑴原子谓词公式是谓词公式;⑵若A是谓词公式,则A也是谓词公式;⑶若A,B都是谓词公式,则(A∧B),(A∨B),(A→B)和(AB)都是谓词公式;⑷若A是谓词公式,x是任何变元,则xA,xA也都是谓词公式;⑸只有按⑴—⑷所生成得的那些公式才是谓词公式(谓词公式又简称“公式”)。

例如将下列命题翻译成谓词公式。

(1)凡偶数均能被2整除。

(2)存在着偶素数。

(3)没有不犯错误的人。

(4)在北京工作的人未必是北京人。

(5)尽管有些人聪明,但未必一切人都聪明。

(6)每列火车都比某些汽车快。

某些汽车比所有的火车慢。

使用量词时,应注意以下5点:

(1)在不同个体域中,命题符号化的形式可能不一样;

(2)一般,除非有特别说明,均以全总个体域为个体域;

(3)n元谓词化为命题至少需要n个量词,

(4)多个命题变元出现时,不能随意颠倒顺序,否则命题的含义完全改变。

(5)在引入特性谓词M(x)时,M(x)以蕴含前件加在“”后,以合取项加在“”后。即,对全称量词“”,用“M(x)→”加入;对存在量词“”,用“M(x)∧”加入。

例1:将下面命题符号化。

(1)所有的有理数均可表成分数。(2)有的有理数是整数。

例2:任何整数或是正的,或是负的。

例3:试将苏格拉底论证符号化:“所有的人总是要死的。因为苏格拉底是人,所以苏格拉底是要死的。”

辖域:紧接在量词后面括号内的谓词公式。

例如xP(x),x(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。

约束变元:在量词的辖域内,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。

例如:xP(x,y),x(P(x)→y(P(x,y))。

在谓词公式中,约束变元的符号是可以更改的。

例如:

下面介绍约束变元的改名规则:

(a)若要改名,则该变元在量词及其辖域内的所有出现均需一起更改;

(b)改名时所用的变元符号必须是量词辖域内未曾出现的符号。

例如:公式xP(x)→yP(x,y)可改写成xP(x)→zP(x,z),但不能改成:xP(x)→xP(x,x),xP(x,x)中前面的x原为自由变元,现在变为约束变元了。

(a)若在谓词公式中出现有自由变元,则该公式为命题函数;

(b)若在谓词公式中的变元均为约束出现,则该公式为命题。

例如:xP(x,y,z)是二元谓词,yxP(x,y,z)是一元谓词,xP(x)是命题即谓词公式中如果没有自由变元出现,则该公式是一个命题。

例1:“没有不犯错的人。”解:设F(x)为“x犯错误”,M(x)为“x是人”(特性谓词)。可把此命题写成:

例2:“x是z的父亲且z是y的母亲”。解:设P(z):z是人;F(x,z):x是z的父亲;M(z,y):z是y的母亲。则谓词公式可写成:

且该命题函数表示“x是y的外祖父”。

(1)个体域不同,则表示同一命题的谓词公式的形式不同。

例如:“所有的人都是要死的。”令D(x):x是要死的。下面给出不同的个体域来讨论:(ⅰ)个体域为:{人类},则可写成xD(x);

(ⅱ)个体域为任意域(全总个体域),则人必须首先从任意域中分离出来.设M(x):x是人,(M(x)为特性谓词)。命题可写成x(M(x)→D(x)).

(2)个体域不同,则表示同一命题的值不同。

设Q(x):x<5

{-1,0,3}

{-3,6,2}

{15,30}

xQ(x)

T

F

(3)对于同一个体域,用不同的量词时,特性谓词加入的方法不同。

对于全称量词,其特性谓词以前件的方式加入;

对于存在量词,其特性谓词以与的形式加入。

(4)量词对变元的约束,往往与量词的次序有关。

例如:yx(x

A,B为两个谓词公式,E为它们的共同个体域,

若对A和B的任一组变元进行赋值,都有A和B的值相同,

则称A和B遍及E是互为等价的,记为AB.

给定谓词公式A,E是A的个体域。

若给A中个体变元指派E中的每一个个体所得命题的值均为真,

则称A在E中是永真的。

若E为任意域则称A是永真的。

若给A中个体变元指派E中每一个个体,在E中存在一些个体名称,使得指派后的真值为“T”,则A称是可满足的。

若给A中个体变元指派个体域中的任一个体,命题的值均为“F”,则称A是永假的。

只要用原子谓词公式去替换命题公式的永真式中的原子命题变元,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:

证明:设个体域为:S={a1,a2,…,an}.xP(x)(P(a1)∨P(a2)∨…∨P(an))P(a1)∧P(a2)∧…∧P(an)xP(x)下面举例说明量化命题和非量化命题的差别:否定形式不同例如:否定下列命题:(a)上海是一个小城镇A(s)(b)每一个自然数都是偶数x(N(x)→E(x))上述二命题的否定为:(a)上海不是一个小城镇A(s)(b)有一些自然数不是偶数x(N(x)→E(x))(b)有一些自然数不是偶数x(N(x)→E(x))x(N(x)→E(x))x(N(x)∨E(x))x(N(x)∧E(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对动词进行否定,而且对量词同时进行否定,其方法是:x的否定变为x,x的否定变为x。

定义:一个公式,如果量词均非否定地在全式的开头,它们的作用域延伸到整个公式的末尾,则称此公式叫前束范式

例如:xyz(Q(x,y)∨R(z))(前束范式)定理:任何一个谓词公式均和一个前束范式等价。

设A(x)是一个谓词公式,x是其中的自由变元,

若把y代入到A(x)里而不会产生变元新的约束出现,则称A(x)对于y是自由的。例如:①下面A(x)对于y是自由的:A(x)zP(z)∧Q(x,z),这里x为自由变元,若用y去取代A(x)中的x,A(y)zP(z)∧Q(y,z),这里y也为自由变元.例如:②下面A(x)对于y不是自由的:A(x)y(S(x)→S(y)),这里x为自由变元,若用y去取代A(x)中的x,A(y)y(S(y)→S(y)),这里y变为约束变元了,产生了新的约束出现.如果必须要代入y,则应先将A(x)中的约束变元y改名,即A(x)z(S(x)→S(z)),然后用y去取代A(x)中的x,得z(S(y)→S(z)),y仍为自由变元.总结:判定A(x)对于y是自由的,只要看公式A(x)中y,y的辖域内有没有x的自由出现就行:

若有x的自由出现,则A(x)对于y不是自由的,若无x的自由出现,则一定可以肯定A(x)对于y是自由的。

命题逻辑中的P规则,T规则,CP规则和间接证明法,都可以引用到谓词逻辑的推理规则中来,

不过要注意对量词做适当处理其方法是:可用US,ES在推导中去掉量词;可用UG,EG使结论量化。

注意:在使用US,ES,UG,EG这四条规则时,要严格按照它们的规定去使用。

THE END
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