Ésik Zoltán (SZTE Informatikai Tanszékcsoport) Logika a számtastudományban Logika és informatikai alkalmazásai Varterész Magdolna, Uni-Deb

Hasonló dokumentumok
Logika és informatikai alkalmazásai kiskérdések február Mikor mondjuk, hogy az F formula a G-nek részformulája?

1. Tétel - Az ítéletkalkulus alapfogalmai

Elsőrendű logika szintaktikája és szemantikája. Logika (3. gyakorlat) 0-adrendű szemantika 2009/10 II. félév 1 / 1

Logika és informatikai alkalmazásai

Logika és informatikai alkalmazásai

Logika és informatikai alkalmazásai

Logika és informatikai alkalmazásai

Logika es sz am ıt aselm elet I. r esz Logika Harmadik el oad as 1/33

Logika és informatikai alkalmazásai

Logika és informatikai alkalmazásai

Logika és informatikai alkalmazásai

1. Az elsőrendű logika szintaxisa

Logika és informatikai alkalmazásai

Logika és informatikai alkalmazásai

Az informatika logikai alapjai

Alapfogalmak-szemantika

Logika és informatikai alkalmazásai. Wednesday 17 th February, 2016, 09:03

Az informatika logikai alapjai

Logika es sz am ıt aselm elet I. r esz Logika Negyedik el oad as 1/26

Logika es sz am ıt aselm elet I. r esz Logika 1/36

Logika es sz am ıt aselm elet I. r esz Logika M asodik el oad as 1/26

Elsőrendű logika. Mesterséges intelligencia március 28.

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

Diszkrét matematika I.

Logika és informatikai alkalmazásai

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Diszkrét matematika I.

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

Logika és számításelmélet. 2011/11 11

ÍTÉLETKALKULUS (NULLADRENDŰ LOGIKA)

Matematikai logika és halmazelmélet

Matematikai logika NULLADRENDŰ LOGIKA

Logika es sz am ıt aselm elet I. r esz Logika Hatodik el oad as 1/33

Dr. Jelasity Márk. Mesterséges Intelligencia I. Előadás Jegyzet (2008. október 6) Készítette: Filkus Dominik Martin

A logikai következmény

Az informatika logikai alapjai

Logika és informatikai alkalmazásai

Logika és informatikai alkalmazásai

A matematika nyelvér l bevezetés

Logika gyakorlat 08. Nincs olyan változó, amely szabadon és kötötten is előfordul.

2. Logika gyakorlat Függvények és a teljes indukció

LOGIKA. Magyarok: Bereczki Ilona, Kalmár László, Neumann, Péter Rózsa, Pásztorné Varga Katalin, Urbán János, Lovász László.

2. Ítéletkalkulus szintaxisa

Logikai ágensek. Mesterséges intelligencia március 21.

Ítéletkalkulus. 1. Bevezet. 2. Ítéletkalkulus

AZ INFORMATIKA LOGIKAI ALAPJAI

A matematika nyelvéről bevezetés

Logika kiskáté. Mihálydeák Tamás és Aszalós László

Magyarok: Bereczki Ilona, Kalmár László, Neumann, Péter Rózsa, Pásztorné Varga Katalin, Urbán János, Lovász László

1. előadás: Halmazelmélet, számfogalom, teljes

Diszkrét matematika 1. középszint

17. előadás: Vektorok a térben

Diszkrét matematika I. gyakorlat

A valós számok halmaza

Logika és informatikai alkalmazásai

Automaták és formális nyelvek

1. Logikailag ekvivalens

A TANTÁRGY ADATLAPJA

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

Logika kiskáté. Mihálydeák Tamás és Aszalós László

1. tétel Halmazok és halmazok számossága. Halmazműveletek és logikai műveletek kapcsolata.

Az informatika logikai alapjai

DISZKRÉT MATEMATIKA. Elsőrendű Logika. Minden madár gerinces.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

BOOLE ALGEBRA Logika: A konjunkció és diszjunkció tulajdonságai

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

A lineáris algebrában központi szerepet betöltı vektortér fogalmát értelmezzük most, s megvizsgáljuk e struktúra legfontosabb egyszerő tulajdonságait.

LOGIKA ÉS ÉRVELÉSTECHNIKA

1. Definíciók. 2. Formulák. Informatikai logikai alapjai Mérnök informatikus 3. gyakorlat

5.3. Logika a relációkhoz

Bevezetés a számításelméletbe (MS1 BS)

Diszkrét matematika 1. estis képzés

Itt és a továbbiakban a számhalmazokra az alábbi jelöléseket használjuk:

5. A kiterjesztési elv, nyelvi változók

Logika nyelvészeknek, 12. óra A típuselmélet alapjai. Lehetőség van a kvantorfogalom mellett a funktorfogalom általánosítására is.

Relációk Függvények. A diákon megjelenő szövegek és képek csak a szerző (Kocsis Imre, DE MFK) engedélyével használhatók fel!

Valószínűségi változók. Várható érték és szórás

RE 1. Relációk Függvények. A diákon megjelenő szövegek és képek csak a szerző (Kocsis Imre, DE MFK) engedélyével használhatók fel!

Felmentések. Ha valaki tanár szakos, akkor mivel neki elvileg a hálóban nincs logika rész, felmentést kaphat a logika gyakorlat és vizsga alól.

1. A polinom fogalma. Számolás formális kifejezésekkel. Feladat Oldjuk meg az x2 + x + 1 x + 1. = x egyenletet.

Matematika szigorlat június 17. Neptun kód:

Felmentések. Logika (1. gyakorlat) 0-adrendű szintaktika 2009/10 II. félév 1 / 21

Algoritmuselmélet. Katona Gyula Y. Számítástudományi és Információelméleti Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. 13.

4.2. Tétel: Legyen gyenge rendezés az X halmazon. Legyen továbbá B X, amelyre

3. Magyarország legmagasabb hegycsúcsa az Istállós-kő.

LOGIKA ÉS ÉRVELÉSTECHNIKA

Logikai alapok a programozáshoz. Nagy Károly 2014

Kétváltozós függvények differenciálszámítása

1. A matematikai logika alapfogalmai. 2. A matematikai logika műveletei

Matematika alapjai; Feladatok

Logikai alapok a programozáshoz

HALMAZELMÉLET feladatsor 1.

A L Hospital-szabály, elaszticitás, monotonitás, konvexitás

Az informatika logikai alapjai előadások

Trigonometria Megoldások. 1) Oldja meg a következő egyenletet a valós számok halmazán! (12 pont) Megoldás:

1. Mondjon legalább három példát predikátumra. 4. Mikor van egy változó egy kvantor hatáskörében?

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

Analízis előadás és gyakorlat vázlat

Alapfogalmak, valós számok Sorozatok, határérték Függvények határértéke, folytonosság A differenciálszámítás Függvénydiszkusszió Otthoni munka

Átírás:

Logika, 5. Az előadásfóliák ÉsikZoltén (SZTE InformatikaiTanszékcsoport) Logikaa szamtastudomanyban Logikaes informatikaialkalmazasai Előadásai alapján készültek

Ésik Zoltán (SZTE Informatikai Tanszékcsoport) Logika a számtastudományban Logika és informatikai alkalmazásai Varterész Magdolna, Uni-Deb http://www.inf.unideb.hu/~varteres/logika/logikafo.pdf Pásztorné Varga Katalin előadásfóliák (ELTE) Bércesné Novák Ágnes Elsőrendű logika, doksi.hu

Nulladrendű logika szintaxisa Predikátumok (predikátumváltozók) logikai érték Konstansok (igaz, hamis),, (,, ), zárójelek, véges sokszor Szemantika Mi az igazságértéke: p q, Levezethetőség, bizonyíthatóság

Nulladrendű logika Boolealgebra Fák Helyesség (szemantikaiköv. fogalom), Teljesség (levezethetőség) Normálformák Helyes következtetési formák (MP) Rezolúció

Lépjünk tovább a modellezésben Minden veréb madár. Feltétel1 Minden madár gerinces. Feltétel2 Minden veréb gerinces. Következmény x (V(x) M(x)) x (M(x) G(x)) x (V(x) G(x))

Más példa: ( x)(x<0) x?

Példa X ( Y ((anya(x) gyermeke (Y,X)) szereti (X,Y))) anya(júlia) gyermeke (Máté, Júlia) ((anya(júlia) gyermeke (Y,Júlia)) szereti (Júlia,Y)) (anya(júlia) gyermeke (Máté,Júlia)) szereti (Júlia, Máté)

Példa Minden háromszög szögösszege 180 fok x(h(x) S(x,f(y1,y2,y3)) alakban írhatjuk fel, ahol H(x)=i, ha x háromszög és S(x,f(y1,y2,y3))=i, ha y1,y2,y3 az x szögei és f(y1,y2,y3)=y1+y2+y3=180 fok. Megjegyzés: Itt az univerzum elemei a síkidomok, a szögek, ahol a szögek mérőszáma lehet fok vagy radián. Az S nevű kétváltozós relációelső argumentuma háromszög, a második argumentuma fok lehet és az f nevű háromváltozós matematikai függvény/művelet argumentumai és a függvényérték is fokok.

Az elsőrendű nyelv modellje Elsőrendű struktúrák komponensei 1. Egy nemüreshalmaz, az univerzum. 2. Az univerzumonértelmezettfüggvényekés relációk (vagypredikátumok).

Az elsőorendű nyelv modelljei Példa: Természetesszámokstruktúrája Természetesszámok {0,1,2, }, jelölése: N A rakövetkezés művelete, jelölése:`:n N Az összeadás és szorzás műveletei: +, : N 2 N A 0 konstans, azaz 0 N A rendezési relácio: < N 2 (vagy<: N 2 {0,1})

Az elsőrendű nyelv szintaxisa 1. Jelkészlet: 1. Elsőrendű változók, vagy individuum változók: x, y,..., x 1, y 1,... 2. Függvény jelek, vagy függvény szimbólumok: f, g,..., f 1, g 1,... 3. Predikátum jelek, predikátum szimbólumok, vagy reláció szimbólumok: p, q, r,..., p 1, q 1, r 1,... 4. Logikai jelek:,,,,, (igaz), (hamis),, 5. Elválasztó jelek: ) ( és a, A változók halmaza megszámlálhatóan végtelen, a függvény és predikátum szimbólumok halmaza véges vagy megszámlálhatóan végtelen. Minden függvényszimbólumra és predikátumszimbólumra adott a szimbólum rangja, vagy aritása, amely nemnegatívegész szám. A 0 aritásu függvényjel: konstans, vagy konstans szimbólum.

Term-képzés Az egyenlőséges elsőrendű logikában egy reláció szimbólum kitüntetett: = Def A termek halmaza a legszűkebb olyan halmaz, melyre teljesül: 1. Minden változóterm. 2. Ha t 1,..., t n termek, f egy n-ed rangúfüggvényjel, akkor f(t 1,..., t n ) is term. (n = 0 esetén az f konstans jel.) Példa: f(g(x, h(y)), c), ahol f és g 2-rangúfüggvényjelek, h 1- rangúfüggvényjel, c konstans szimbólum, x, y változók. Egy termalapterm, ha nem fordul elő benne változó.

Állítás: Minden termegyértelműen olvasható, azaz vagy változó, vagy egyértelműen írható le: f(t 1,..., t n ) alakban, ahol f függvényjel, t 1,..., t n termek.

Szintaxis 2, Formulaképzés Def: Atomi formula egy p(t 1,..., t n ) alakú kifejezés, ahol p n-rangú predikátum szimbólum, t 1,..., t n pedig termek. (ha n = 0, akkor ez maga a p jel) A formulák halmaza a legszűkebb olyan halmaz, amelyre teljesül: 1. Minden atomi formula egyben formula is. 2. és formulák. Ha F és G formulák, akkor (F G), (F G), (F G), (F G) és ( F) is formulák. 3. Ha F formula, x változó, akkor ( xf) es ( xf) formulák. Megjegyzés: A szokásos precedencia szabályokkal élve gyakran elhagyjuk a külső, és a feleslegessé váló zárójeleket. (A F (G H) formula ugyanaz mint a F G H formula) Példa: p(x,f(y)) ( z( q(x,z)), ahol x,y,z változók, f 1-rangú függvény jel, p,q 2-rangú predikátum jelek.

Szintaxis Minden formula egyértelműen olvasható. Def: Legyenek F esg formulák. F a G közvetlen részformulája, ha a G formula ( F), (F*H), (H*F) vagy (QxF) alakú, ahol * {,,, }és Q {, }, H formula, x változó. F a G részformulája, ha létezik a formulák olyan H 0,...,H n (n > 0) sorozata, hogy H 0 = G, H n = F, és H i a H i-1 közvetlen részformulája, i = 1,...,n esetén. Egy F formula pontosan akkor a G formula részformulája, ha G felírható G = ufv alakban alkalmas u és v szavakra, azaz ha F rész-szóként előfordul G-ben.

Szintaxis Def: Legyen F formula, G az F egy QxHalakú (Q kvantor) részformulája. Ekkor az x H-ban való előfordulásai kötöttek. Az x egy F-ben való előfordulása szabad, ha nem kötött. Példa: Az alábbi formulában a piros változóelőfordulások kötöttek, a zöldek szabadok. x(p(x, y) z(q(x,y) r(x,z))) q(x,x) Def: Zárt formulának vagy mondatnak nevezünk egy olyan formulát, melyben egyetlen változó sem fordul elő szabadon. Példa: x y p(f(x,y)) mondat.

Szemantika Legyen L elsőrendű nyelv (mely a függvény és predikátum szimbólumokkal adott). Def: L-típusústruktúra egy olyan A = (A, I, ϕ) hármas, ahol 1. A nemüreshalmaz (UNIVERZUM), 2. I (interpretáció) minden f n-rangúfüggvényszimbólumhoz egy I(f) : A n A függvényt, és minden n-rangú p predikátum szimbólumhoz egy I(p) : A n {0,1} (gaz vagy hamis igazságértéket) predikátumot (vagy reláciot) rendel, 3. ϕ minden változóhoz az A egy ϕ(x) elemét rendeli ( helyettesítő érték ).

Szemantika Megjegyzés: Az n=0 esetben I(f)-et az A, I(p)-t a {0,1} halmaz egy elemével azonosíthatjuk. Megjegyzés: Néha a struktúra harmadik komponensét elhagyjuk, ekkor struktúra egy (A, I) pár. Megjegyzés: amennyiben a nyelv egyenlőséges, kikötjük, hogy I(=) az A halmazon értelmezett egyenlőségi predikátum. Def: Legyen t term, A = (A, I, ϕ) struktúra. Ekkor a t által az A struktúrabanjelölt A(t) A elemet az alábbi módon definiáljuk: 1. t = x. Ekkor A(t) = ϕ(x). 2. t = f(t 1,..., t n ). Ekkor A(t) = I(f)(A(t 1 ),..., A(t 1 )). Megjegyzés: I(f) helyett gyakran f-et, I(p) helyett p-t írunk.

Szemantika Példa:(Egy adott interpretáció) Legyenek + és 2-rangú függvényjelek; 1-rangúfüggvényjel; 0, 1 konstansjelek, < 2-rangú predikátum szimbólum. N = (N, I, ϕ) ahol 1. N = {0, 1, 2,... }, 2. I( ) a rákövetkezési függvény, I(+) es I( ) az összeadás és szorzás függvények, I(0) = 0, I(1) = 1, I(<) a szokásos rendezés. 3. ϕ(x) = 2, ϕ(y) = 3,... (mintha helyettesítési érték lenne) Ekkor: 1. t = (x + 1) y, N (t) = 9, 2. t = (x y) + 0, N (t) = 6, 3. t = (0 + 1) 1, N (t) = 1.

Szemantika Def: Legyen A = (A, I, ϕ)struktúra, x változó, a A. Ekkoraz A [ x a a ] az az (A,I,ϕ ) struktúra, ahol ϕ' ( y) = ϕ' a ( y) x x = y y

Szemantika Def: Legyen F formula, A = (A, I, ϕ) struktúra. Az F érteke az A struktúrában az alábbi A (F) {0,1} érték: Ha F a p(t 1,..., t n ) atomi formula, akkor A (F)=I(p(A(t 1 ),..., A(t n )). Ha F = vagy F =, akkor sorrendben A (F) = 0 ill. A (F) = 1. Ha F = G*H, ahol * {,,, }, akkor A (F) = A (F)*A (F). Ha F = G, akkor A (F)= A (F). (vagyis a helyettesítések alapján számítjuk a logikai értéket)

Ha F = xg, akkor A Szemantika 1 ha van olyan a A,hogy A ]( ) ( ) [ a G F = x a = 1 0 különben Azaz ha van olyan x a helyettesítés, amelyre igaz az állítás. (a A) Ha F = xg, akkor A 1 ha bármely a A- ra A[ a ( ) ]( G) F = x a = 1 0 különben Azaz ha bármely x a helyettesítésre igaz az állítás. (a A)

Szemantika Megjegyzés: Amennyiben A (F) = 1, akkor az A = F vagy A Mod(F) jelölést is használjuk, és azt mondjuk, A kielégíti az F formulát, vagy modellje az F formulának(aa formulában szereplő függvények és predikátumok A halmazbeli interpretációjára, illetve a halmaz elemeivel történő számolásra vonatkozó struktúra!). Ellenkező esetben az A F jelölést használjuk. Példa: Legyen N = (N, I, ϕ ) a korábban megadott példából. Ha ϕ(x) = 0, akkor N y(y < x). Ha ϕ(x) = 3, akkor N = y(y < x). Tetszőleges ϕ esetén N modellje az alábbi formulák mindegyikének: 1. x < x + 1, x(x < x + 1). 2. x(x x = x (x = 0 x = 1)). 3. x y(x = y x < y y < x).

Szemantika Állítás: Legyen t term, F formula, és legyenek A = (A, I, ϕ) és A = (A, I, ϕ ) struktúrak. 1. Ha ϕ(x) = ϕ'(x) minden olyan x változóra, amely előfordul t-ben, akkor A (t)= A (t). 2. Ha ϕ(x) = ϕ'(x) minden olyan x változóra, mely szabadon előfordul F- ben, akkor A (t)= A (t). Következmény: A fenti jelölésekkel, A (t) független minden olyan változó értékétől, mely nem fordul elő t-ben. Továbbá A (t) független minden olyan változó értékétől, mely nem fordul elő szabadon F-ben. Ezért ha F mondat, akkor értelmes arról beszélni, hogy A = F teljesüle egy A(A, I) változó hozzárendelés nélküli struktúrára.

Szemantika Def: 1. Egy F formulát kielégíthetőnek nevezünk, ha létezik modellje. Ellenkező esetben F kielégíthetetlen, vagy azonosan hamis. 2. Egy F formulát tautológiának (vagy érvényesnek,vagy azonosan igaznak) nevezünk, ha minden struktúra kielégíti. Jelölése: = F. Példa Tautologiák:, F F, F F, F G F, ahol F,G tetszőlegesek. Kielégíthető formulák, melyek nem tautológiak: (p q) p, xp(x). Azonosan hamis:, F F, ahol F tetszőleges.

Szemantika Állítás: F akkor és csak akkor kielégíthető, ha F nem tautológia. F akkor escsak akkor tautológia, ha F azonosan hamis. Állítás: Tetszőleges F formulára és x változóra: 1. = F akkor és csak akkor, ha = xf. (jelentése: egy formula akkor és csakis akkor azonosan igaz, ha univerzális lezártja az) 2. F akkor és csak akkor kielégíthető, ha xf az. (jelentése: egy formula akkor és csak akkor kielégíthető, ha egzisztenciális lezártja az.)

Szemantika Def: Azt mondjuk, hogy az F és G formulák ekvivalensek, ha Mod(F) = Mod(G). Jelölése: F G. (azaz ha megfeleltető modelljeik ekvivalensek. Mi is a modell? Tekinthető egyfajta interpretációnak is. ) Állítás:F G akkor és csakis akkor, ha =(F G).

Modell, igazságérték, interpretációaz elsőrendű logikában Igaz-e, hogy x y P(x,y) Fontos, hogy -milyen értékeket vehet fel az x és y változó? - mi a jelentése a P prédikátumnak? - Azaz milyen modellben, struktúrában vizsgálódunk? I. Interpretáció : (vizsgáljuk meg a 23. dián leírt péládát!) Legyen az univerzum a természetes számok halmaza, és P(x, y) jelentse azt, hogy x<y. Ekkor a x y P(x,y) formula jelentése, interpretációja: x N y N x<y. Vagyis, minden x természetes számhoz létezik egy nálánál nagyobb y természetes szám. Ebben az interpretációban tehát a formula igaz.

II. interpretáció: univerzum:= természetes számok halmaza P(x,y):= y<x, vagyis, igaz-e, hogy x N y N, hogy y<x? Ez nem igaz, mert az x=1-hez nincs ilyen y. Hamis. III. interpretáció: univerzum:= Racionális számok x,y Q P(x,y) prédikátum jelentése: x y=1 (azaz P(x,y) igaz, ha x y=1) Ez hamis, mert 0 Q-ra nincs ilyen y. IV. interpretáció: univerzum:= Emberek halmaza P(x,y) predikátum jelentése: x-nek y az édesanyja. Igaz-e, hogy ( x y P(x,y)), vagyis, hogy (minden) embernek (létezik) édesanyja? Ez igaz.

Vajon vannak-e az elsőrendű logikában: Azonosan igaz formulák? (amelyek univerzumfüggetlenek) Vannak-e helyes következtetések? Vannak-e normálformák? Mi történik a helyességgel és teljességgel? Hogyan képzelhető el a rezolúció?