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



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

A logikai következmény

ÍTÉLETKALKULUS (NULLADRENDŰ LOGIKA)

Diszkrét matematika MATEMATIKAI LOGIKA

Matematikai logika NULLADRENDŰ LOGIKA

AZ INFORMATIKA LOGIKAI ALAPJAI

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

3. Magyarország legmagasabb hegycsúcsa az Istállós-kő.

Logika és informatikai alkalmazásai

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

Logikai ágensek. Mesterséges intelligencia március 21.

Logika és informatikai alkalmazásai

Ítéletkalkulus. 1. Bevezet. 2. Ítéletkalkulus

Kijelentéslogika, ítéletkalkulus

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

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

LOGIKA ÉS ÉRVELÉSTECHNIKA

Logikai következmény, tautológia, inkonzisztens, logikai ekvivalencia, normálformák

Ítéletkalkulus. 1. Bevezet. 2. Ítéletkalkulus

Matematikai logika és halmazelmélet

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

BOOLE ALGEBRA Logika: A konjunkció és diszjunkció tulajdonságai

Kijelentéslogika, ítéletkalkulus

Logikai alapok a programozáshoz

Knoch László: Információelmélet LOGIKA

Intelligens Rendszerek I. Tudásábrázolás formális logikával

Az informatika logikai alapjai

Az informatika logikai alapjai

A matematika nyelvér l bevezetés

Logika és informatikai alkalmazásai

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

Halmazelmélet és logika

Alapfogalmak-szemantika

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

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

1. Logikailag ekvivalens

Logikai alapok a programozáshoz

Logikai alapok a programozáshoz. Nagy Károly 2014

Az informatika logikai alapjai

2. Ítéletkalkulus szintaxisa

1. Tétel - Az ítéletkalkulus alapfogalmai

2019/02/11 10:01 1/10 Logika

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

A matematika nyelvéről bevezetés

Elsőrendű logika. Mesterséges intelligencia március 28.

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

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

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

Logika kiskáté. Mihálydeák Tamás és Aszalós László

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

Logika kiskáté. Mihálydeák Tamás és Aszalós László

Az informatika logikai alapjai

2. Logika gyakorlat Függvények és a teljes indukció

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

A matematikai logika alapjai

Formális szemantika. Kifejezések szemantikája. Horpácsi Dániel ELTE Informatikai Kar

Bizonyítási módszerek ÉV ELEJI FELADATOK

MATEMATIK A 9. évfolyam. 2. modul: LOGIKA KÉSZÍTETTE: VIDRA GÁBOR

A logika, és a matematikai logika alapjait is neves görög tudós filozófus Arisztotelész rakta le "Analitika" című művében, Kr.e. IV. században.

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

Diszkrét matematika I.

Negáció igazságtáblája. Propozicionális logika -- levezetések. Diszjunkció igazságtáblája. Konjunkció igazságtáblája. Kondicionális igazságtáblája

2004/2005 Logikai alapok a programozáshoz. (Kidolgozott vizsgakérdések) Előadó: Pásztorné Dr. Varga Katalin

A TANTÁRGY ADATLAPJA

Logika és informatikai alkalmazásai

Logika és informatikai alkalmazásai

Diszkrét matematika I. gyakorlat

Levezetések klasszikus nulladrendű logikai kalkulusban

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

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

Bevezetés a Formális Logikába Érveléstechnika-logika 7.

Logika és számításelmélet Készítette: Nagy Krisztián

Az informatika logikai alapjai előadások

Matematikai logika. 3. fejezet. Logikai m veletek, kvantorok 3-1

Logikai ágens, lehetőségek és problémák 2

Algoritmusok a tételbizonyításban

4. fejezet Analitikus táblázatok a kijelentéslogikában Bevezetés A következtetések helyességének ellenőrzésére több eljárás is kínálkozik.

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

1. előadás: Halmazelmélet, számfogalom, teljes

Válogatott fejezetek a logikai programozásból ASP. Answer Set Programming Kelemen Attila

Diszkrét matematika I.

Halmaz: alapfogalom, bizonyos elemek (matematikai objektumok) Egy halmaz akkor adott, ha minden objektumról eldönthető, hogy

f(x) vagy f(x) a (x x 0 )-t használjuk. lim melyekre Mivel itt ɛ > 0 tetszőlegesen kicsi, így a a = 0, a = a, ami ellentmondás, bizonyítva

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Logika

Előadó: Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 3

Elektronikai műszerész Elektronikai műszerész

0-49 pont: elégtelen, pont: elégséges, pont: közepes, pont: jó, pont: jeles

LOGIKA ÉS SZÁMÍTÁSELMÉLET KIDOLGOZOTT JEGYZET

Automatikus tételbizonyítás

LOGIKA ÉS ÉRVELÉSTECHNIKA

LOGIKA ÉS ÉRVELÉSTECHNIKA

1. tétel. Valószínűségszámítás vizsga Frissült: január 19. Valószínűségi mező, véletlen tömegjelenség.

Deníciók és tételek a beugró vizsgára

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Algoritmusok Tervezése. Fuzzy rendszerek Dr. Bécsi Tamás

1. Formalizálás. Informatikai logikai alapjai Mérnök informatikus 6. gyakorlat. 1. Jelöljék a következő nemlogikai konstansok a következőket:

b, Van olyan makacs ember, a senki más tanácsára nem hallgat. (Univerzum az emberek halmaza)

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

Halmazok; a matematikai logika elemei 1.1. A halmaz fogalma; jelölések

A deduktív logika elemei. Érveléselmélet,

Átírás:

MATEMATIKAI A gondolkodás tudománya Arisztotelész(i.e. 384-311) Boole, De Morgan, Gödel, Cantor, Church, Herbrand, Hilbert, Kleene, Lukesiewicz, Löwenheim, Ackermann, McKinsey, Tarski, Ramsey, Russel, Robinson, Skolem, Turing, Zermelo, Post,, Quine Magyarok: Bereczki Ilona, Kalmár László, Neumann, Péter Rózsa, Pásztorné Varga Katalin, Urbán János, Lovász László Mesterséges Intelligencia (MI) és matematikai logika: MI matematikai alátámasztása Tudás manipuláció: Állítások Újabb állítások Bizonyítások Következtetések Problémák: Emberi következtetés nem a logika szabályai szerint történik Túl szigorú rugalmatlan A logika egyik feladata: helyes következtetési sémák kialakítása Logikai alapok Automatikus tételbizonyítás Programozási nyelvek PROLOG MPROLOG (moduláris Prolog): Szeredi Péter, Futó Iván Bércesné Novák Ágnes 1

Nulladrendű logika (ítéletkalkulus) Formalizált nyelv: szintaxis és szematika Szintaxis: Szemantika: Jelkészlet Formulaképzés szabályai A helyes szintaxisú formulák jelentése Szintaxis Jelkészlet: 1. Betűk 2.,,, Atomok 3. I, H 4. Zárójelek Formula: Minden atom formula Ha α, β formula akkor α, α β, α β, α β is formulák a fenti két szabály véges sokszori alkalmazásával kapjuk a formulákat A magyar betűkkel az atomi formulákat, a görög betűkkel az összetett formulákat jelöljük. Bércesné Novák Ágnes 2

Szemantika A jelkészlet elemeit értelmezzük. A betűk az ún. ítéletváltozók. Nevüket az indokolja, hogy a köznapi nyelv kijelentő mondatainak, kijelentéseinek felelnek meg. A klasszikus logikában csak olyan kijelentésekre gondolunk, amelyek igaz vagy hamis volta egyértelműen eldönthető. Ezáltal egyfajta ítéletet képviselnek e mondatok. Változók pedig azért, mert az eredeti kijelentés tartalmától függetlenül, csakis annak igazságértékeit vehetik fel: az igaz, vagy a hamis értékek valamelyikét. Az igazságértékek tehát az ítéletváltozók lehetséges értékei, jelöljük ezek a halmazát I-vel. I csak a klasszikus logikában kételemű halmaz. Azt a függvényt, amely a betűkkel jelölt változókhoz hozzárendeli a lehetséges igazságértékek valamelyikét, interpretációnak hívjuk. (Az interpretációk az igazságtábla atomokat tartalmazó oszlopaiban találhatók, ezen oszlopok minden egyes sora egy interpretáció.) Praktikus, ha az I és H betűt kiemeljük a betűk közül, és rögzítjük igazságértéküket - ezáltal e betűk nem ítéletváltozók, hanem ítéletkonstansok lesznek. Az I betű igazságértéke minden interpretációban legyen igaz, a H betű igazságértéke minden interpretációban legyen hamis. A többi ítéletváltozó esetében az igazságérték az interpretációtól függ. A zárójelek értelmezése és használata a matematikában szokásos módon történik: lényegében a műveletek kiértékelési sorrendjét tudjuk általuk neghatározni. A,, jelek az igazságértékeken értelmezett műveleteknek felelnek meg. E műveletek közül csak az egy-, és kétváltozós műveletek közül néhánynak van gyakorlati jelentősége. A műveletek definícióját szokás kiértékelésnek, kiértékelési szabálynak is nevezni. A kiértékelés az igazságtábla eredménynek megfelelő oszlopában van. Negáció (tagadás): Egyváltozós művelet Igazságtáblázat: Ítéletváltozó Ítéletváltozó tagadása A A Igaz Hamis Hamis Igaz A 4 egyváltozós művelet közül csak a negáció lényeges, a többi a gyakorlatban alig fordul elő. Bércesné Novák Ágnes 3

Kétváltozós műveletek Általában infix jelölést használunk. Konjunkció A B: informális jelentése: és. Példa: Esik az eső és süt a nap. Ezt a mondatot az A B sémával lehet jellemezni. Mikor gondoljuk igaznak ezt a két kijelentés összetételével kapott mondatot? A konjunkció akkor és csak akkor igaz, ha mindkét változó igazságértéke igaz. Igazságtáblázat: interpretációk Diszjunkció A B: informális jelentése: vagy. Példa: Esik az eső vagy süt a nap. Ezt a mondatot az A B sémával lehet jellemezni. Mikor gondoljuk igaznak ezt a két kijelentés összetételével kapott mondatot? A diszjunkció akkor és csak akkor hamis, ha mindkét változó igazságértéke hamis. Igazságtáblázat: interpretációk interpretációk Ítéletváltozók Művelet A B A B I I I I H I H I I H H H Implikáció A B : informális jelentése: ha A, akkor B. Példa: Ha az iskolai tanulmányai alatt a tanuló/hallgató minden félévben lagalább jeles átlageredményt ért el, akkor az állam egy aranygyűrűt ad ajándékba a diploma kiosztásakor. (Valójában ehhez még az is feltétel, hogy ne legyen hármasnál rosszabb jegye). Ezt a mondatot az A B sémával lehet jellemezni. Mikor gondoljuk igaznak ezt a két kijelentés összetételével kapott mondatot? Az implikáció akkor és csak akkor hamis, ha az előtagja igaz, az utótagja hamis. Igazságtáblázat: Kérdés: Hány kétváltozós művelet van? Ítéletváltozók Művelet A B A B I I I I H H H I H H H H Ítéletváltozók Művelet A B A B I I I I H H H I I H H I kiértékelések kiértékelések kiértékelések Bércesné Novák Ágnes 4

Mitől függ az interpretációk száma? Példák kiértékelésre: 1. Adja meg az ((A B) C) (A B) formula kiértékelését minden interpretációban! A B C ((A B) C) (A B) I I I I I H H H I I H I H I H H I H I I I I I I I H H I H I I I H I I I I H H H H I H I H I H H H H I H H I H I H H H H H I H I 2. Adja meg az (A B) (A B) formula kiértékelését minden interpretációban! Megoldás: A B (A B) (A B) I I I I I H I H H I H I H H H I I I H I H I I H H H H H H H I H H H H I 3. Adja meg az (A B) (A B) formula kiértékelését minden interpretációban! A B A B A B (A B) (A B) I I I H I I H H I I H I I H I H H I H I Def.: Tautológia (azonosan igaz formula, érvényes formula): Az a formula, amely minden interpretációban igaz (például a 3. formula). Def.: Kontradikció (ellentmondás, azonosan hamis, kielégíthetlen):az a formula, amely minden interpretációban hamis (például a 2. formula). A kétértékű logikában érvényes az ún. harmadik (érték) kizárásának elve, amelyet például az alábbi formulákkal is megfogalmazhatunk: A A=H (kontradikció) ez azt jelenti, hogy az A ítéletváltozó az igaz, hamis értékek közül pontosan egyet vehet fel (kétértékű logika). A v A=I (tautológia) ez informálisan azt jelenti, hogy az A ítéletváltozó az igaz, hamis értékek közül legalább az egyiket felveszi. Def.: Modell: modellnek nevezzük azt az interpretációt, amelyben a formula igaz. Bércesné Novák Ágnes 5

Kérdések: Mi a tautológia tagadása? Mi a kontradikció tagadása? Hány modellje van az 1., 2., 3 példákban szereplő formuláknak? Formula: van modellje kielégíthető formulák tautológia nincs modellje kontradikció, ellentmondás Def.: Ekvivalens két formula, α és β, ha minden interpretációban ugyanaz az igazságértékük. (A két formula közös igazságtáblájában a kiértékelésnek megfelelő oszlopok azonosak) Jelölés: α β Példák fontos ekvivalens formulákra: 1. A konjunktív normálformára hozáshoz nélkülözhetetlen: α β α β α β α β α β I I I I I H H H H I I I H H I I 2. De Morgan azonosság 1. (A B) A B A B A B A B I I H H I H H H H I I I H H I I 3. De Morgan azonosság 2. (A B) A B A B (A B) A B I I H H I H I I H I I I H H I I Bércesné Novák Ágnes 6

1.a. A B B A 2.a. (A B) C A (B C) 3.a. A (A B) A 4.a. I A I 5.a. A (B C) (A B) (A C) 6.a. A A I A konjunkció és diszjunkció tulajdonságai 1.b. A B B A 2.b. (A B) C A (B C) 3.b. A (A B) A 4.b. H A H 5.b. A (B C) (A B) (A C) 6.b. A A H Feladat: Igazolja igazságtáblázattal, hogy a fenti formulák valóban ekvivalensek! Halmazelméletben is hasonló azonosságok igazak: 1.a. A B=B A 1.b. A B=B A 2. a. (A B) C=A (B C) 2.b. (A B) C=A (B C) 3. a. A (A B)=A 3.b. A (A B)=A 4. a. U A=U 4.b. A= 5. a. A (B C)= (A B) (A C) 5.b. A (B C)= (A B) (A C) 6. a. A A = U 6.b. A A = Az olyan struktúrákat, amelyekben két művelet van definiálva, és van két kitüntett elem, amelyekre a fenti azonosságok igazak, BOOLE ALGEBRÁnak nevezzük. További példa: a valószínűségszámításban Boole algebrát alkotnak az események. Bércesné Novák Ágnes 7

További kétváltozós művelet Ekvivalencia Az ekvivalencia szót a logikában egy kétváltozós műveletre is használjuk. Az ekvivalencia, mint művelet az implikációból és a konjunkcióból származtatható: Def.: α β:= (α β) (β α) Az ekvivalencia akkor és csak akkor igaz, ha α és β igazságértéke egyforma. Az ekvivalencia igazságtáblázata: α β α β β α (α β) (β α) I I I I I I H H I H H I I H H H H I I I Kérdés: Ha α és β ekvivalens formulák, mit tudunk mondani az α β formuláról? Megjegyzés: Noha az alapjelkészletben nem szerepelt a jel, ezt használhatjuk a definícióban megadott formula rövidítéseként. Lemma: Minden (eddig felírt) igazságtábla igaz úgy is, ha az atomok helyett formulákat írunk. Lemma: α és β akkor és csak akkor ekvivalens, ha α β tautológia. Biz.: a. α ekvivalens β α β tautológia. Ha α és β igazságértéke megegyezik, akkor az ekvivalencia definíciója miatt csak igaz lehet tautológia. b. ha α β tautológia csak igaz lehet, de ez pontosan akkor van, ha α és β igazságértéke ugyanaz, vagyis α ekvivalens β. Tétel: Ha α tautológia, akkor az ítéletváltozók helyébe formulákat írva tautológiát kapunk. Tétel: Ha α tautológia, akkor bármely részformula helyett azzal ekvivalens formulát írva tautológiát kapunk. Tétel: Az ekvivalens nulladrendű formulák az összes formulák partícióját adják. ha α β α α reflexív α β és β α szimmetrikus α β és β γ α γ tranzitív Ekvivalencia reláció Bércesné Novák Ágnes 8

A logikai következmény A logika egyik feladata: helyes következtetési sémák kialakítása. Példa következtetésekre régebbi jelölésekkel: Az első példát nem tudjuk nulladrendű formulákkal jól modellezni: Minden veréb madár. Minden madár gerinces. Minden veréb gerinces. Feltétel1 Feltétel2 Következmény Az alábbi példa nulladrendben is jól modellezhető: Ha elfogy a benzin, az autó leáll. Elfogyott a benzin. Az autó leáll. Feltétel1 Feltétel2 Következmény A= Elfogy a benzin, B=az autó leáll. A megfelelő séma: A A B B Újabb jelöléssel: {A, A B} = 0 B Latin szavakkal: 1. feltétel 1. Premissza 2. feltétel. 2. Premissza Következmény Konklúzió Mikor helyes egy következtetési séma? Ahhoz, hogy e kérdésre válaszolni tudjunk, értelmeznünk kell a következmény fogalmát. Def.: Modellelméleti vagy szemantikus következményfogalom: Azt mondjuk, hogy az {α 1, α 2,,α n } formulahalmaz következménye a β formula, ha minden olyan interpretációban, amelyben az α 1, α 2, α n formulák igazak, β is igaz. Más szavakkal: {α 1, α 2,,α n } formulahalmaz következménye a β formula, ha β legalább akkor igaz, amikor az α i -k igazak. Jelölés: {α 1, α 2,,α n } = 0 β Megjegyzés: Mivel az elsőrendű logika következményfogalma nem teljesen azonos a nulladrendűével, ezért az indexben szokás azt is jelölni, hogy melyik nyelvről van szó: = 0 Bércesné Novák Ágnes 9

Az elsőrendű logikában a következményfogalom jele: = 1 Ha β tautológia, akkor minden interpretációban igaz, tehát abban is, amelyekben az α i k. Ezért a tautológia bármely formulahalmaz következménye. Ez indokolja a tautológia jelölését: = 0 β. A következményfogalom definíciójának egyszerű következményei:) - α i -k közös modellje β-nak is modellje (fordítva az állítás nem igaz) - tautológia következménye csak tautológia lehet: tautológia = 0 tautológia - a tautológia bármely α formula következménye: α = 0 tautológia, - kontradikciónak bármi lehet a következménye ( spec. A is és az A tagadása is) : Kontradikció = 0 α - kontradikció csak kontradikciónak lehet következménye (hiszen más formula esetén igaznak kellene lennie ott, ahol a formula igaz): kontradikció = 0 kontradikció Most már válaszolni tudunk a fejezet elején feltett kérdésre, melyek a helyes következtetési sémák. Def.: Azokat a következtetési sémákat tekintjük helyesnek, amelyekben a következmény valóban a feltételek (szemantikai) következménye. Példák helyes következtetési sémákra (szabályokra) 1. Modus ponens (leválasztási szabály): {α, α β } = 0 β Azt kell vizsgálnunk, ahol α és α β igaz, ott a β igaz-e. Ha igen, akkor helyes, ha nem, akkor helytelen a következtetési séma. Csak az első interpretációban teljesül, hogy α és α β igaz. Ebben a interpretációban β is igaz, tehát valóban {α, α β } = 0 β. Ítéletváltozók α β α β I I I I H H H I I H H I A A B A MODUS PONENS Feladat: Bizonyítsa be, hogy az alábbi következtetési sémák helyesek! - Modus tollens (elvető mód, kontrapozíció): {α β, β } = 0 α - Hipotetikus szillogizmus (feltételes szillogizmus, láncszabály): {α β, β γ} = 0 γ - Modus tollendo ponens / diszjunktív szillogizmus (elvéve helyező mód): {α β, β} = 0 α - Indirekt: { α β, β } = 0 α Bércesné Novák Ágnes 10

Tétel: α 1, α 2,,α n = 0 β akkor és csak akkor, α 1 α 2 α n = 0 β Biz.: α 1, α 2,,α n együttesen akkor és csak akkor igaz, ha α 1 α 2 α n igaz. E tétel miatt a = 0 jel bal oldalát a továbbiakban egyszerűen α-val jelöljük, ahol α-n mindig α=α 1 α 2 α n formulát értjük. Tétel: α = 0 β akkor és csak akkor, ha α β tautológia. Biz.: a.) ha α = 0 β akkor α β tautológia: a jelölt sor ez esetben nem lehet az igazságtáblában, ugyanis akkor α = 0 β nem teljesülne, hiszen ekkor β-nak legalább akkor kell igaznak lennie, amikor α igaz. A maradék sorokra pedig valóban az I az igazságérték. α β α β I I I I H H H I I H H I b.) ha α β tautológia, akkor α = 0 β: Ha α β tautológia, akkor a fenti igazságtáblában jelölt sor nem szerepelhet, hanem csak a jelöletlen, I sorok. Ezekben a sorokban viszont valóban a β legalább ott igaz, ahol az α. Példa: Modus ponens: {α, α β } = 0 β helyes: Ítéletváltozók Formulák α β α β (α (α β)) β I I I I I I H H H I H I I H I H H I H I Feladat: A fenti módszerrel bizonyítsa be, hogyaz alábbi következtetési szabályk helyesek! - Modus tollens: {α β, β } = 0 α - Hipotetikus szillogizmus: {α β, β γ} = 0 γ - Modus tollendo ponens / diszjunktív szillogizmus (elvéve helyező mód) {α β, β} = α - Indirekt: { α β, β } = 0 α Tétel: α = 0 β akkor és csak akkor, ha α β azonosan hamis. Biz: α = 0 β akkor és csak akkor, ha α β tautológia, vagyis hamis): (α β)= ( α β) α β α β (α β) kontradikció (azonosan Bércesné Novák Ágnes 11

Példa: Modus ponens {α, α β } = 0 β helyes: Ítéletváltozók Formulák α β α β (α (α β)) β I I I I H I H H H H H I I H H H H I H H Feladat: A fenti módszerrel bizonyítsa be, hogyaz alábbi következtetési szabályok helyesek! - Modus tollens: {α β, β } = 0 α - Hipotetikus szillogizmus: {α β, β γ} = 0 γ - Modus tollendo ponens / diszjunktív szillogizmus (elvéve helyező mód) {α β, β} = 0 α - Indirekt: { α β, β } = 0 α Tétel (rezolúció alapelvéhez): {α β, γ β} = 0 α γ (diszjunktív szillogizmus általánosabban). Megjegyzés: Az α β és γ β formulák ún. klózok. E két klóz rezolvense α γ. Biz.: igazságtáblával, a következők alapján többféleképpen lehet: a.) def. alapján (házi feladat) b.) α = 0 β akkor és csak akkor, ha α β tautológia (házi feladat) c.) α = 0 β akkor és csak akkor, ha α β azonosan hamis (előadáson) Alkalmazás: automatikus tételbizonyítás, rezolúció (PROLOG nyelv ) alapelve: A következményfogalom eldöntésére bizonyított tételekben az összes interpretációt meg kell vizsgálni. Ez exponenciális nagyságrendű feladat. Ezért volt forradalmi jelentőségű a rezolúció felfedezése (Robinson, 1965). Feladat: Hány interpretáció van, ha az ítéletváltozók száma n? Def.: Konjunktív NormálForma, KNF: K i klózok konjunkciója, klóz: literálok diszjunkciója, literál: atom, vagy annak tagadása. Bércesné Novák Ágnes 12

KNF: Klózok (diszjunkciók) konjunkciója K 1 K 2 K n K i = A 1 A 2 A n Literál Pozitív, ha A Negatív, ha A Tétel: Minden formulához létezik vele ekvivalens konjunktív normálforma. Biz.: 1. α β α β 2. De Morgan (α β) α β (α β) α β 3. α (β γ) ( α β) ( α γ) α (β γ) ( α β) ( α γ) Def.: DNF (diszjunktív normálforma): konjunkciók diszjunkciója Megjegyzés: A KNF és DNF duális: ua. mindkettő, csak helyett, helyett. Következmény: (Funkcionálisan) teljes rendszerek Fentiekből szerint, minden formula kifejezhető a,, műveletekkel. Ezért azt mondjuk, hogy e három művelet teljes rendszert alkot. A De Morgan azonosságokból azonnal adódik, hogy (α β) α β, így,, és hasonlóképpen bizonyíthatóan a, is funkcionálisan teljes halmaz. A, műveletekkel viszont nem lehet a -t kifejezni, így a konjunkció és diszjunkció együttesen NEM alkot teljes rendszert. Feladat: Bizonyítsa be, hogy a és teljes rendszert alkot! (Melyik implikáció ekvivalens α β-val?) Példa: Hozza konjunktív normálformára az alábbi formulát! [(A B) ((C A) (C B))] [( A B) ( (C A) (C B))] [ ( A B) ( (C A) (C B))] [ ( A B) (( C A) (C B))] [(A B) ( C A) (C B)] (A B) ( C A) (C B)] ( A B) (C A) ( C) B A klózok: K1=( A B) K2=(C A) K3=( C) K4= B Bércesné Novák Ágnes 13

Tétel volt: α = 0 W akkor és csak akkor, ha α W kontradikció, vagyis α=α 1 α 2 α n miatt α 1 α 2 α n W kontradikció. Adott az {α 1,α 2,,α n }formulahalmaz. E tétel alapján el szeretnénk dönteni, hogy {α 1,α 2,,α n } = 0 W? A rezolúció alapelve informálisan: W-t is, és a feltételhalmaz formuláit is konjunktív normálformára hozzuk. Mikor igaz egy KNF? Ha minden benne szereplő klóz igaz. A klózokban viszont lehetnek negált és negálatlan, azonos atomok. Ezek együttesen nem lehetnek igazak az egész formulában, ezért ezeket a klózpárokból, amelyekben szerepelnek, elhagyjuk, és a maradékból egy klózt képezünk, ez a rezolvens. Az így kapott klózzal bővítjük a formulát. Ezen új formula modelljét (amely interpretációban igaz a formula) keressük. A fentiek alkalmazása: Adott az {α 1,α 2,,α n }formulahalmaz. El szeretnénk dönteni, hogy {α 1,α 2,,α n } = 0 W? W-t is, és a feltételhalmaz formuláit is konjunktív normálformára hozzuk. Ekkor világos, hogy az α 1 α 2 α n W formula is KNF-ben van. Azt kell tehát megnézni, hogy van-e modellje. A fenti megjegyzés értelmében olyan klózokat keresünk, amelyekben azonos atom pozitív és negatív literálja szerepel. Ezekből a fent leírt módon konstruáljuk az új klózt, a rezolvenst. Az eljárás akkor ér véget, ha egy negált és egy negálatlan literál önmaga alkot egy-egy klózt. Ezek rezolvense az üres klóz, az azonosan hamis klóz (NIL-nek is nevezik). Jele: Bércesné Novák Ágnes 14

Példa: Adott {P 1, P 1 Q 1, Q 1 Q 2 }=AB (adatbázis) Kérdés: Q 2 következmény-e? Megoldás: {P 1, P 1 Q 1, Q 1 Q 2 } a feltételek halmaza, mindegyiket KNF-re kell hozni: AB={ P 1, P 1 Q 1, Q 1 Q 2 } W= Q 2, tagadása: Q 2 (tagadás indirekt feltevés) Fentiek értelmében azt kell belátni, hogy az AB { Q 2 }formulahalmaz elemeinek nincsen modellje, nincsen olyan interpretáció, amelyben igaz lehetne. Informálisan: Ha például P 1 igaz P 1 nem lehet igaz a 2. klózban, ezért mivel minden klóznak igaznak kell lennie, a Q 1 literálnak igaznak kell lennie Q 1 ekkor hamis a 3. klózban, ami szerint tehát Q 2 igaz, de ekkor már ellentmondásra jutottunk, hiszen Q 2 és Q 2 egyszerre nem lehet igaz. (Azért kellene nekik egyszerre igaznak lenni, mert különböző klózokban szerepelnek, és az egész formula igazságát az összes klóz igaz értéke garantálja. Igy azonban nagyon nehéz bizonyítani, hiszen minden lehetséges értékadásra végig kellene nézni. Ezt oldja meg a rezolúció. Rezolúciós levezetés: P 1 P 1 Q 1 Q 1 Q 2 Q 2 Q 1 P 1 P 1 Q 1 Q 1 Q 2 Q 2 Q 1 Q 2 P 1 P 1 Q 1 Q 1 Q Q 2 Q 1 Q 2 Eredeti Klózhalmaz = 0 Rezolvenssel bővített klózhalmaz - Üres klóz, ellentett literálpárból jön létre Rezolvense kielégíthetetlen P 1 P 1 Q 1 Q 1 Q Q 2 Q 1 Q 2 Ennek a klózhalmaznak nincsen modellje a miatt. Bércesné Novák Ágnes 15

Példa: Igazoljuk, hogy az alábbi ϕ formula tautológia! ϕ=[(a B) [(C A) (C B)]] Megoldás: ϕ akkor és csak akkor tautológia, ha ϕ kielégíthetetlen ϕ-t KNF-re írjuk át. ϕ= [(A B) [(C A) (C B)]] ( A B) (C A) ( C) ( B) A B C A C B A B Tehát az eredeti formula tautológia (hiszen tagadása kielégíthetetlen) Példa: Részlet egy nyomozás jegyzőkönyvéből (Pásztorné Varga Katalin: Matematikai logika és alkalmazásai, ELTE, 1991.) : 1. Ha férfi a tettes (F), akkor kistermetű(kt). (F KT F KT) 2. Ha kistermetű a tettes(kt), akkor az ablakon keresztül mászott be(am). (KT AM KT AM) 3. A tettes férfi(f), vagy férfiruhát hordott(fr). (F FR) 4. Ha a tettes férfiruhát hordott(fr) és a szemtanú hiteles(h) akkor az ablakon keresztül mászott be.(am) (H FR AM (H FR) AM H FR AM) 5. Helyszíni szemle: a tettes nem az ablakon mászott be. ( AM). Kérdés: férfi, F, vagy nő, F, a tettes? Adott { F KT, KT AM, F FR, H FR AM, AM} klózhalmaz. 1. Tegyük fel, hogy nő a tettes: F. A klózhalmazhoz hozzávesszük F tagadását: F 2. Rezolúcióval eldöntjük a klózhalmaz kielégíthetetlenségét. F KT KT AM F FR H FR AM AM F KT F tautológia F (tehát nem férfi a tettes) Bércesné Novák Ágnes 16