A Kepler sejtés bizonyításának ellenőrzése

Hasonló dokumentumok
Mi a típuselmélet? BIT-CON szakmai nap május 3. Diszciplináris Informatika és Számítástudomány műhely. Mi a típuselmélet?

Diszkrét démonok A Borsuk-probléma

Memo: Az alábbi, "természetes", Gentzen típusú dedukciós rendszer szerint készítjük el a levezetéseket.

Nemkonvex kvadratikus egyenlőtlenségrendszerek pontos dualitással

KOMPUTER-ALGEBRA RENDSZEREK VERIFIKÁCIÓJA

Construction of a cube given with its centre and a sideline

Predikátumkalkulus. 1. Bevezet. 2. Predikátumkalkulus, formalizálás. Predikátumkalkulus alapfogalmai, formalizálás, tagadás, logikailag igaz formulák.

Kaposi Ambrus. University of Nottingham Functional Programming Lab. Hackerspace Budapest január 6.

Funkcionális és logikai programozás. { Márton Gyöngyvér, 2012} { Sapientia, Erdélyi Magyar Tudományegyetem }

On The Number Of Slim Semimodular Lattices

FormalMathematicsand MathematicalPractice PeterKoepke,MathematicalInstitute,UniversityofBonn,Germany 14thCongressofLogic,Methodology,andPhilosophyofSc

Kaposi Ambrus. Informatikai Kar. Pannonhalmi Bencés Gimnázium november 24.

Valószínűségi modellellenőrzés Markov döntési folyamatokkal

Modellellenőrzés a vasút automatikai rendszerek fejlesztésében. XIX. Közlekedésfejlesztési és beruházási konferencia Bükfürdő

A logikai következmény

Szoftverminőségbiztosítás

Angol Középfokú Nyelvvizsgázók Bibliája: Nyelvtani összefoglalás, 30 kidolgozott szóbeli tétel, esszé és minta levelek + rendhagyó igék jelentéssel

M/74. közismereti informatika írásbeli (teszt) érettségi vizsgához

2015. január 26. Vígh Viktor SZTE Bolyai Intézet

Adattípusok. Max. 2GByte

Adattípusok. Max. 2GByte

Az informatika logikai alapjai

Absztrakció a szoftvertervezésben az Alloy specifikációs nyelv segítségével

Modellellenőrzés. dr. Majzik István BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

... S n. A párhuzamos programszerkezet két vagy több folyamatot tartalmaz, melyek egymással közös változó segítségével kommunikálnak.

A matematika nyelvér l bevezetés

Adatbázisok I A relációs algebra

Tételek a konvex geometria és

Szoftver-modellellenőrzés absztrakciós módszerekkel

SZOFTVEREK A SORBANÁLLÁSI ELMÉLET OKTATÁSÁBAN

Predikátumkalkulus. Predikátumkalkulus alapfogalmai, formalizálás, tagadás, logikailag igaz formulák. Vizsgáljuk meg a következ két kijelentést.

A JAVA FUTTATÁSAKOR ELŐFORDULÓ HIBA-

Matematikai logika és halmazelmélet

VIRTUALIZÁCIÓ KÉSZÍTETTE: NAGY ZOLTÁN MÁRK EHA: NAZKABF.SZE I. ÉVES PROGRAMTERVEZŐ-INFORMATIKUS, BSC

Analízis I. Vizsgatételsor

Széchenyi István Egyetem

LEKÉRDEZÉSEK SQL-BEN. A relációs algebra A SELECT utasítás Összesítés és csoportosítás Speciális feltételek

BASH script programozás II. Vezérlési szerkezetek

IK Algoritmusok és Alkalmazásaik Tsz, TTK Operációkutatás Tsz. A LEMON C++ gráf optimalizálási könyvtár használata

Cloud computing. Cloud computing. Dr. Bakonyi Péter.

DR. SZABÓ LÁSZLÓ 1 DOBOS GÁBOR 2

Java és web programozás

Központi proxy szolgáltatás

Kiterjesztések sek szemantikája

Információ-architektúra

LOGalyze Telepítési és Frissítési Dokumentáció Verzió 3.0

MATEMATIKA EMELT SZINTŰ SZÓBELI VIZSGA TÉMAKÖREI (TÉTELEK) 2012

Az R halmazt a valós számok halmazának nevezzük, ha teljesíti az alábbi 3 axiómacsoport axiómáit.

Mindent olyan egyszerűvé kell tenni, amennyire csak lehet, de nem egyszerűbbé.

ADATBÁZIS RENDSZEREK I BEADANDÓ

Korlátos modellellenőrzés. dr. Majzik István BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Rendszermodellezés. Modellellenőrzés. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

FIATAL MŰSZAKIAK TUDOMÁNYOS ÜLÉSSZAKA

BEVEZETÉS Az objektum fogalma

azonosságot minden 1 i, l n, 1 j k, indexre teljesítő együtthatókkal, amelyekre érvényes a = c (j) i,l l,i

8. Gyakorlat SQL. DDL (Data Definition Language) adatdefiníciós nyelv utasításai:

Matematika emelt szint a évfolyam számára

Elosztott adatbázis-kezelő formális elemzése

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2015/2016-os tanév 1. forduló Haladók III. kategória

A helyességbizonyítás klasszikus módszerei

Alapok. tisztán funkcionális nyelv, minden függvény (a konstansok is) nincsenek hagyományos változók, az első értékadás után nem módosíthatók

DWL-G520 AirPlus Xtreme G 2,4GHz Vezeték nélküli PCI Adapter

Cloud Akkreditációs Szolgáltatás indítása CLAKK projekt. Kozlovszky Miklós, Németh Zsolt, Lovas Róbert 9. LPDS MTA SZTAKI Tudományos nap

A Python programozási nyelv

IK Algoritmusok és Alkalmazásaik Tsz, TTK Operációkutatás Tsz. A LEMON C++ gráf optimalizálási könyvtár használata

Mindent olyan egyszerűvé kell tenni, amennyire csak lehet, de nem egyszerűbbé. (Albert Einstein) Halmazok 1

ANALÍZIS III. ELMÉLETI KÉRDÉSEK

Processzusok (Processes), Szálak (Threads), Kommunikáció (IPC, Inter-Process Communication)

Alap fatranszformátorok II

A GeoEasy telepítése. Tartalomjegyzék. Hardver, szoftver igények. GeoEasy telepítése. GeoEasy V2.05 Geodéziai Feldolgozó Program

Kepler narancsai. bodnár józsef. Adsumus IX.

Cloud computing Dr. Bakonyi Péter.

Pókok és hurkok Ízelít a topológikus xponttételek elméletéb l

Java és web programozás

ACTA ACADEMIAE PAEDAGOGICAE AGRIENSIS

Követelmények formalizálása: Temporális logikák. dr. Majzik István BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

(Asking for permission) (-hatok/-hetek?; Szabad ni? Lehet ni?) Az engedélykérés kifejezésére a következő segédigéket használhatjuk: vagy vagy vagy

A GeoEasy telepítése. Tartalomjegyzék. Hardver, szoftver igények. GeoEasy telepítése. GeoEasy V2.05+ Geodéziai Feldolgozó Program

Öt évfolyamos képzés nyelvi előkészítő angol német - reál Kód: 04

Az informatika kulcsfogalmai

Matlab Fuzzy Logic Toolbox

TRENDnetVIEW Pro szoftvert. ŸGyors telepítési útmutató (1)

INFORMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Diszkrét Matematika MSc hallgatók számára. 4. Előadás

Bevezetés. Dr. Iványi Péter

ANGOL NYELVI SZINTFELMÉRŐ 2013 A CSOPORT. on of for from in by with up to at

Szimmetrikus kombinatorikus struktúrák MSc hallgatók számára. Véges síkok

9. TÖBBVÁLTOZÓS FÜGGVÉNYEK DIFFERENCIÁLSZÁMITÁSA. 9.1 Metrika és topológia R k -ban

Dinamikus modellek szerkezete, SDG modellek

DWL-510 2,4GHz Vezeték nélküli PCI adapter

SZÉLSŐÉRTÉKKEL KAPCSOLATOS TÉTELEK, PÉLDÁK, SZAKDOLGOZAT ELLENPÉLDÁK. TÉMAVEZETŐ: Gémes Margit. Matematika Bsc, tanári szakirány

2018, Diszkre t matematika. 10. elo ada s

A rendszer általános áttekintése

2019, Funkcionális programozás. 2. el adás. MÁRTON Gyöngyvér

EuroOffice Optimalizáló (Solver)

Tartalomjegyzék. Pragmatikai és logikai alapok. Első rész A könyv célja, használata 1.2 Elméleti keretek: pragmatika és logika

Funkcionálanalízis. n=1. n=1. x n y n. n=1

Adatbázis rendszerek 7. előadás State of the art

Modellellenőrzés. dr. Majzik István BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Sorozatok, sorok, függvények határértéke és folytonossága Leindler Schipp - Analízis I. könyve + jegyzetek, kidolgozások alapján

Átírás:

A Kepler sejtés bizonyításának ellenőrzése HOL Light és Isabelle segítségével (Flyspeck projekt, 2014) Kovács István, doktorandusz, IIT

Kepler sejtés Sejtés: Gömbökkel a legjobb térkitöltés a hexagonális és a lapközepes kockaráccsal érhető el. (Johannes Kepler, 17. század) Teljes bizonyítás: Thomas Hales, Annals of Mathematics, 2005 A bizonyítás nagy része számítógép segítségével készült (többváltozós magasabbrendű egyenlőtlenségrendszerek megoldása) Az alapötlet (bizonyítási stratégia) Fejes Tóth Lászlótól származik

A bizonyítás A teljes bizonyítás több mint 300 oldal A referee csoport csak 99%-ig volt biztos a helyességében Flyspeck projekt: 2014-re a teljes bizonyítást formalizálták és tételellenőrző szoftverekkel ellenőrizték Bizonyítási stratégia: Bontsuk fel a teret korlátos (kicsi) cellákra (Marchal cellákra) Indirekt: tegyük fel, hogy van egy ellenpélda, ekkor erre nagyon sok feltételnek teljesülnie kell Egy cellán belül nem túl sok gömb lehet, esetszétválasztás aszerint, hogy a középsőt hány érinti Az egyes ellenpéldákra teljesülő nemlineáris egyenlőtlenségeket lineáris programmá alakítjuk, amikről bizonyítható az ellentmondásosság Végül: az öszes lehetséges ellenpélda ellentmondásra vezet

Idézetek The news from the referees is bad, from my perspective. They have not been able to certify the correctness of the proof, and will not be able to certify it in the future, because they have run out of energy to devote to the problem. This is not what I had hoped for. (Robert MacPherson) The referees put a level of energy into this that is, in my experience, unprecedented. (Thomas Hales)

HOL Light HOL (Higher Order Logic) tételbizonyító család tagja Típuselméleten alapul Interaktív tételbizonyítás Nem kell beírni a teljes formális bizonyítást, sok következtetési szabályt automatikusan használ A tételek bizonyítása interaktív játék OCaml alapú Funkcionális programnyelv Sok hasznos segédeszközt tartalmaz (pl lexer) A tételek olyan típusok, amik csak az axiómákból jöhetnek ki következtetési szabályok segítségével Maga a kernel csak pár száz soros kód Linux, OS X, Windows támogatott

HOL Light, formalizált bizonyítások Gödel első nemteljességi tétele Prímszámtétel Jordan görbe tétel Kvadratikus reciprocitási tétel Algebra alaptétele Pithagorasz tétel... még kb. 100 egyéb kisebb tétel

HOL-Light, szintaxis univerzális kavantor:! egzisztenciális kvantor:? Logikai szimbólumok: és /\, vagy \/, konjunkció ==> Tétel: - Valós számok: & (pl. &3 az 3.0 valós számot jelöli, de a 3 a 0 harmadik rákövetkezőjét) Példa: -! &x ( x < &0 \/ &0 <= x )

HOL-Light eszközök

HOL-Light további tulajdonságai Számos matematikai fogalmat ismer: mérték, geometriai jelölések, térbeli testek tulajdonságai, affin és konvex halmazok a térben Számos előre bizonyított tételt tartalmaz: Brouwer fixpont tétel, Krein-Milman tétel, Stone-Weierstrass tétel és számos ekevésbé ismert de hasznos lemma Használató az az általánosság megsértése nélkül típusú érvelés

Isabelle HOL (Higher Order Logic) tételbizonyító család tagja Zermelo Fraenkel set theory (ZFC) Többféle stílusban írhatunk bizonyításokat Számos informatikai felhasználás HP 9000 szerver előzetes tesztelése, szimulálása sel4 mikokernel hibamentességének bizonyítása (a projekt során 160 hibát találtak!) Lightweight Java típusbiztonsága Linux, OS X, Windows támogatott

theorem sqrt2_not_rational: "sqrt (real 2) Q" proof assume "sqrt (real 2) Q" then obtain m n :: nat where n_nonzero: "n 0" and sqrt_rat: " sqrt (real 2) = real m / real n" and lowest_terms: "gcd m n = 1".. from n_nonzero and sqrt_rat have "real m = sqrt (real 2) * real n" by simp then have "real (m²) = (sqrt (real 2))² * real (n²)" by (auto simp add: power2_eq_square) also have "(sqrt (real 2))² = real 2" by simp also have "... * real (m²) = real (2 * n²)" by simp finally have eq: "m² = 2 * n²".. hence "2 dvd m²".. with two_is_prime have dvd_m: "2 dvd m" by (rule prime_dvd_power_two) then obtain k where "m = 2 * k".. with eq have "2 * n² = 2² * k²" by (auto simp add: power2_eq_square mult_ac) hence "n² = 2 * k²" by simp hence "2 dvd n²".. with two_is_prime have "2 dvd n" by (rule prime_dvd_power_two) with dvd_m have "2 dvd gcd m n" by (rule gcd_greatest) with lowest_terms have "2 dvd 1" by simp thus False by arith qed

Tételbizonyítók összehasonlítása Procedural: a bizonyítás fő lépéseit, céljait adjuk meg, a maradékot automatikusan generálja a program Declarative: a bizonyításokat egy az egyben apró lépésenként adjuk meg (pl. programkódok ellenőrzésénél használják)

Flyspeck projekt Thomas Hales vezette Célja a Kepler sejtés bizonyításának teljes formalizálása és verifikációja 2014-ben sikeresen lezárták 500,000 sornyi script Bárki számára hozzáférhető: https://code.google.com/p/flyspeck/ http://arxiv.org/abs/1501.02155v1

A Kepler sejtés formalizálása Legyenek a gömbök egységgömbök - packing V <=> (!u v. u IN V /\ v IN V /\ dist(u,v) < &2 ==> u = v) Pakolás: bármely két gömb diszjunkt, azaz a középpontjaik távolsága legalább 2 - the_kepler_conjecture <=> (!V. packing V ==> (?c.!r. &1 <= r ==> &(CARD(V INTER ball(vec 0,r))) <= pi * r pow 3 / sqrt(&18) + c * r pow 2)) Minden pakolásra létezik c, hogy bármely r sugarú gömbre, a gömbön belüli pontok száma:

A Kepler sejtés bizonyítása Több ezer nemlineáris egyenlőtlenség: the_nonlinear_inequalities A lehetséges ellenpéldák kombinatorikus struktúrája: import_tame_classification Lineáris programok: linear_programming_results A Kepler sejtés: - the_nonlinear_inequalities /\ import_tame_classification ==> the_kepler_conjecture

A verifikáció the_nonlinear_inequalities Microsoft Azure felhőben 5000 processzor óra Radboud University: 60 hyperthreading Xeon 2.3GHz CPUs: 6 nap Ezek ismeretében egy átlagos számítógépen kb. 4 óra a verifikáció

Hivatkozások Johannes Kepler, Six-Cornered Snowflake, 1611 Freek Wiedijk, Formal Proof Getting Started Thomas Hales et al., The formal proof of the Kepler conjecture, 2014 Wikipédia (HOL Light, Isabelle, Kepler conjecture)