Дружественная к независимости логика - Independence-friendly logic
Дружественная к независимости логика (IF логика; предложено Яакко Хинтикка и Габриэль Санду в 1989 г.)[1] является продолжением классической логика первого порядка (FOL) с помощью косых квантификаторов вида и ( конечный набор переменных). Предполагаемое чтение есть "есть которая функционально не зависит от переменных в ". Логика ЕСЛИ позволяет выразить более общие закономерности зависимости между переменными, чем те, которые неявны в логике первого порядка. Этот более высокий уровень общности приводит к фактическому увеличению выразительной силы; набор предложений ЕСЛИ может характеризовать одни и те же классы структур как экзистенциальная логика второго порядка (). Например, он может выражать квантор ветвления предложения, такие как формула что выражает бесконечность в пустой подписи; это невозможно сделать в FOL. Следовательно, логика первого порядка, как правило, не может выразить эту модель зависимости, в которой зависит от Только на и , и зависит от Только на и . Если логика более общая, чем кванторы ветвления, например, в том, что он может выражать зависимости, которые не являются транзитивными, например, в префиксе квантификатора ( зависит от , и зависит от , но не зависит от ).
Введение логики IF отчасти было мотивировано попыткой расширить семантика игры логики первого порядка к играм несовершенная информация. В самом деле, семантика для предложений IF может быть задана в терминах таких игр (или, альтернативно, с помощью процедуры преобразования в экзистенциальную логику второго порядка). Семантика для открытых формул не может быть дана в виде тарской семантики ([2]); адекватная семантика должна определять, что означает удовлетворение формулы набором назначений общей переменной домена ( команда), а не удовлетворение одним поручением. Такой командная семантика был разработан Ходжес ([3]).
Логика IF является эквивалентом перевода на уровне предложений с рядом других логических систем, основанных на семантике команды, например логика зависимости, дружественная к зависимости логика, логика исключения и логика независимости; За исключением последнего, логика ЕСЛИ, как известно, эквивалентна этим логикам также на уровне открытых формул. Однако логика IF отличается от всех вышеупомянутых систем тем, что в ней отсутствует местонахождение (значение открытой формулы нельзя описать только в терминах свободных переменных формулы; вместо этого оно зависит от контекста, в котором встречается формула).
Логика ЕСЛИ разделяет ряд металогических свойств с логикой первого порядка, но есть некоторые отличия, в том числе отсутствие замыкания при (классическом, противоречивом) отрицании и более высокая сложность определения правильности формул. Расширенная логика IF решает проблему закрытия, но ее теоретико-игровая семантика более сложна, и такая логика соответствует большему фрагменту логики второго порядка, собственному подмножеству ([4]).
Хинтикка утверждал (например, в книге [5]), что IF и расширенная логика IF должны использоваться в качестве основы для основы математики; это предложение в некоторых случаях было встречено скептически (см., например,[6]).
Синтаксис
В литературе появилось несколько несколько отличающихся друг от друга представлений логики IF; вот мы следуем.[7]
Термины и атомарные формулы
Термины и атомарные формулы определены точно так же, как в логика первого порядка с равенством.
Формулы IF
Для фиксированной сигнатуры σ формулы логики IF определяются следующим образом:
- Любая атомная формула является формулой ЕСЛИ.
- Если формула ЕСЛИ, то является формулой ЕСЛИ.
- Если и являются формулами ЕСЛИ, то и являются формулами ЕСЛИ.
- Если формула, переменная, а конечный набор переменных, то и также являются формулами ЕСЛИ.
Бесплатные переменные
Набор свободных переменных формулы IF индуктивно определяется следующим образом:
- Если атомарная формула, то - множество всех входящих в него переменных.
- ;
- ;
- .
Последнее предложение - единственное, которое отличается от предложений для логики первого порядка, разница в том, что также переменные в наборе косой черты считаются свободными переменными.
IF предложения
Формула ЕСЛИ такой, что является Если предложение.
Семантика
Были предложены три основных подхода к определению семантики логики IF. Первые два, основанные соответственно на играх с несовершенной информацией и на сколемизации, в основном используются только в определении предложений IF. Первый обобщает аналогичный подход для логики первого порядка, который был основан на играх идеально информация. Третий подход, командная семантика, является композиционной семантикой в духе тарской семантики. Однако эта семантика не определяет, что означает, что формула удовлетворяется присваиванием (скорее, набор первых двух подходов были разработаны в более ранних публикациях по логике if ([8][9]); третий Ходжес в 1997 г. ([10][11]).
В этом разделе мы различаем три подхода, записывая разные педики, как в . Поскольку три подхода фундаментально эквивалентны, только символ будет использоваться в оставшейся части статьи.
Теоретико-игровая семантика
Теоретико-игровая семантика присваивает значения истинности предложениям IF в соответствии со свойствами некоторых игр с несовершенной информацией для двух игроков. Для удобства изложения игры удобно связывать не только с предложениями, но и с формулами. Точнее, игры определяют для каждой тройки, образованной формулой ЕСЛИ , структура , и задание .
Игроки
Семантическая игра есть два игрока, которых зовут Элоиза (или Проверяющий) и Абеляр (или Фальсификатор).
Правила игры
Разрешенные ходы в смысловой игре определяются синтаксической структурой рассматриваемой формулы. Для простоты сначала предположим, что находится в нормальной форме отрицания, при этом символы отрицания встречаются только перед атомарными подформулами.
- Если является буквальным, игра заканчивается, и, если верно в (в смысле первого порядка), тогда побеждает Элоиза; в противном случае выигрывает Абеляр.
- Если , то Абеляр выбирает одну из подформул , и соответствующая игра играет.
- Если , то Элоиз выбирает одну из подформул , и соответствующая игра играет.
- Если , то Абеляр выбирает элемент из , и игра играет.
- Если , то Элоиза выбирает элемент из , и игра играет.
В более общем смысле, если не находится в нормальной форме отрицания, мы можем утверждать, как правило для отрицания, что когда игра достигается, игроки начинают играть в двойную игру в котором меняются роли Проверяющих и Фальсификаторов.
Истории
Неформально последовательность ходов в игре это история. В конце каждой истории , какая-то подигра играет; мы называем то назначение, связанное с , и то вхождение подформулы, связанное с . В игрок, связанный с Элоиза в случае, если самый внешний логический оператор в является или же , и Абеляр, если это или же .
Набор из разрешенные ходы в истории является если самый внешний оператор является или же ; это ( быть любыми двумя отдельными объектами, символизирующими «левый» и «правый») в случае, если самый внешний оператор является или же .
Учитывая два задания того же домена и мы пишем если по любой переменной .
Несовершенная информация вводится в игры, оговаривая, что определенные истории неразличимы для соответствующего игрока; Говорят, что неразличимые истории образуют «информационный набор». Интуитивно, если история находится в информационном наборе , игрок, связанный с не знает, находится ли он в или в какой-то другой истории .Рассмотрим две истории так что связанный являются идентичными вхождениями подформул вида ( или же ); если к тому же , мы пишем (в случае ) или же (в случае ), чтобы указать, что эти две истории неразличимы для Элоизы, соответственно. для Абеляра. Мы также оговорим, вообще говоря, рефлексивность этого отношения: если , тогда ; и если , тогда .
Стратегии
Для фиксированной игры , записывать для набора историй, с которыми связана Элоиза, и аналогично для набора историй Абеляра.
А стратегия для Элоизы в игре является ли любая функция, которая приписывает любой возможной истории, в которой настала очередь Элоизы играть, допустимый ход; точнее любая функция такой, что для каждой истории . Можно определить двойственно стратегии Абеляра.
Стратегия Элоизы униформа если, когда , ; для Абеляра, если подразумевает .
Стратегия для Элоизы победа если выиграет Элоиза в каждой истории терминала, до которой можно добраться, играя в соответствии с . Аналогично для Абеляра.
Правда, ложь, неопределенность
Предложение IF является истинный в структуре (), если у Элоизы есть единая выигрышная стратегия в игре . это ложный (), если у Абеляра есть выигрышная стратегия. неопределенный если ни у Элоизы, ни у Абеляра нет выигрышной стратегии.
Консервативность
Определенная таким образом семантика логики IF является консервативным расширением семантики первого порядка в следующем смысле. Если предложение IF с пустыми наборами косой черты, свяжите с ним формулу первого порядка который идентичен ему, за исключением того, что каждый квантор IF заменяется соответствующим квантором первого порядка . потом если только в тарском смысле; и если только в тарском смысле.
Открытые формулы
Для придания значения (возможно, открытым) формулам ЕСЛИ можно использовать более общие игры; более точно, можно определить, что это означает для формулы ЕСЛИ быть удовлетворенным, на структуре , автор команда (набор присвоений общей переменной домена и codomain Связанные игры начать со случайного выбора задания ; после этого начального хода игра играет. Существование выигрышной стратегии для Элоизы определяет положительное удовлетворение (), а наличие выигрышной стратегии для Абеляра определяет отрицательное удовлетворение (На этом уровне общности теоретико-игровая семантика может быть заменена алгебраическим подходом, командная семантика (определено ниже).
Сколемская семантика
В качестве альтернативы, определение истины для предложений IF может быть дано посредством перевода в экзистенциальную логику второго порядка. Перевод обобщает процедуру сколемизации логики первого порядка. Ложь определяется двойной процедурой, называемой крейзелизацией.
Сколемизация
Учитывая формулу ЕСЛИ , сначала определим его сколемизацию, релятивизированную к конечному множеству переменных. Для каждого экзистенциального квантора происходящий в , позволять быть новым символом функции («функция Сколема»). Мы пишем для формулы, которая получается заменой, в , все свободные вхождения переменной со сроком . Сколемизация относительно , , определяется следующими индуктивными предложениями:
- если буквально.
- если .
- .
- , куда это список переменных в .
Если является IF-предложением, его (нерелятивизированная) сколемизация определяется как .
Крейзелизация
Учитывая формулу ЕСЛИ ассоциировать с каждым универсальным квантором в нем появляется новый функциональный символ («функция Крейзеля»). Затем кризелизация из относительно конечного набора переменных , определяется следующими индуктивными предложениями:
- если буквально.
- .
- .
- , куда это список переменных в .
Если является IF-предложением, его (нерелятивизированная) крейзелизация определяется как .
Правда, ложь, неопределенность
Учитывая предложение IF с экзистенциальные кванторы, структура , и список из функции соответствующих арностей обозначим как расширение который назначает функции как интерпретации сколемских функций .
Предложение IF истинно для структуры () тогда и только тогда, когда существует кортеж таких функций, что .По аналогии, если есть кортеж таких функций, что ; и тогда и только тогда, когда не выполняется ни одно из предыдущих условий.
Для любого предложения IF Skolem Semantics возвращает те же значения, что и теоретико-игровая семантика.
Семантика команды
Посредством групповой семантики можно дать композиционное описание семантики логики IF. Истина и ложь основаны на понятии «выполнимость формулы командой».
Команды
Позволять быть структура и разреши - конечный набор переменных. Затем команда закончилась с доменом это набор заданий над с доменом , то есть набор функций из к .
Копирование и пополнение команд
Дублирование и дополнение - это две операции над командами, которые связаны с семантикой универсальной и экзистенциальной количественной оценки.
- Учитывая команду над структурой и переменная , дублирующая команда это команда .
- Учитывая команду над структурой , функция и переменная , сопровождающая команда это команда .
Принято заменять повторяющиеся применения этих двух операций более сжатыми обозначениями, такими как за .
Единые функции в командах
Как и выше, с учетом двух заданий с той же переменной областью мы пишем если для каждой переменной .
Учитывая команду на структуре и конечное множество переменных, мы говорим, что функция является -равномерно, если в любое время .
Семантические предложения
Семантика команды трехзначна в том смысле, что формула может быть положительно удовлетворена командой в данной структуре или отрицательно ею удовлетворена, либо ни то, ни другое. Пункты семантики для положительного и отрицательного удовлетворения определяются путем одновременной индукции по синтаксической структуре формул IF.
Положительное удовлетворение:
- тогда и только тогда, когда для каждого задания , в смысле логики первого порядка (то есть кортеж находится в интерпретации из ).
- тогда и только тогда, когда для каждого задания , в смысле логики первого порядка (то есть ).
- если и только если .
- если и только если и .
- если и только если есть команды и такой, что и и .
- если и только если .
- тогда и только тогда, когда существует -унифицированная функция такой, что .
Отрицательное удовлетворение:
- тогда и только тогда, когда для каждого задания , кортеж не в интерпретации из .
- тогда и только тогда, когда для каждого задания , .
- если и только если .
- если и только если есть команды и такой, что и и .
- если и только если и .
- тогда и только тогда, когда существует -унифицированная функция такой, что .
- если и только если .
Правда, ложь, неопределенность
Согласно семантике команды, предложение IF говорят, что это правда () на конструкции если он удовлетворен командой singleton , в символах: . По аналогии, считается ложным () на если ; он считается неопределенным () если и .
Связь с теоретико-игровой семантикой
Для любой команды на структуре , и любая формула ЕСЛИ , у нас есть: если только и если только .
Отсюда сразу следует, что для предложений , , и .
Понятия эквивалентности
Поскольку логика ЕСЛИ в ее обычном понимании является трехзначной, интерес представляют множественные понятия эквивалентности формул.
Эквивалентность формул
Позволять - две формулы IF.
( правда влечет за собой ) если для любой конструкции и любая команда такой, что .
( является эквивалент истины к ) если и .
( ложь влечет за собой ) если для любой конструкции и любая команда такой, что .
( является эквивалент ложности к ) если и .
( сильно влечет к ) если и .
( является сильно эквивалентный к ) если и .
Эквивалентность предложений
Приведенные выше определения предназначены для предложений IF следующим образом. находятся эквивалент истины если они верны в тех же структурах; они есть эквивалент ложности если они ложны в тех же структурах; они есть сильно эквивалентный если они эквивалентны истине и лжи.
Интуитивно, использование строгой эквивалентности равносильно рассмотрению логики ЕСЛИ как трехзначной (истина / неопределенность / ложь), в то время как эквивалентность истины рассматривает предложения ЕСЛИ как если бы они были двухзначными (истина / ложь).
Эквивалентность относительно контекста
Многие логические правила логики ЕСЛИ могут быть адекватно выражены только в терминах более ограниченных понятий эквивалентности, которые принимают во внимание контекст, в котором может появиться формула.
Например, если конечный набор переменных и , можно сказать, что является истина эквивалентна относительно () в случае для любой конструкции и любая команда домена .
Теоретико-модельные свойства
Уровень приговора
Предложения ЕСЛИ могут быть переведены с сохранением истины в предложения (функциональные) экзистенциальная логика второго порядка () посредством процедуры сколемизации (см. выше). И наоборот, каждый может быть переведено в предложение IF с помощью варианта процедуры перевода Walkoe-Enderton для частично упорядоченные кванторы ([12][13]). Другими словами, логика ЕСЛИ и выразительно эквивалентны на уровне предложений. Эту эквивалентность можно использовать для доказательства многих следующих свойств; они унаследованы от и во многих случаях аналогичны свойствам ВОЛС.
Обозначим через (возможно, бесконечный) набор IF-предложений.
- Свойство Левенхайм-Сколема: если имеет бесконечную модель или сколь угодно большие конечные модели, чем модели любой бесконечной мощности.
- Экзистенциальная компактность: если каждое конечное есть модель, то также есть модель.
- Несостоятельность дедуктивной компактности: есть такой, что , но для любого конечного . В этом отличие от ВОЛС.
- Теорема о разделении: если являются взаимно несовместимыми предложениями ЕСЛИ, то существует предложение FOL такой, что и . Это следствие Интерполяционная теорема Крейга для ВОЛС.
- Теорема Берджесса:[14] если являются взаимно несовместимыми предложениями ЕСЛИ, то существует предложение ЕСЛИ такой, что и (кроме, возможно, одноэлементных конструкций). В частности, эта теорема показывает, что отрицание логики IF не является семантической операцией относительно эквивалентности истинности (предложения, эквивалентные истинности, могут иметь неэквивалентные отрицания).
- Определимость истины:[15] есть предложение ЕСЛИ на языке арифметики Пеано, так что для любого предложения IF , (куда обозначает гёделевскую нумерацию). Более слабое утверждение справедливо и для нестандартных моделей арифметики Пеано ([16]).
Уровень формулы
Понятие выполнимости команды имеет следующие свойства:
- Закрытие вниз: если и , тогда .
- Последовательность: и если и только если .
- Нелокация: есть такой, что .
Поскольку формулы IF удовлетворяются командами, а формулы классической логики удовлетворяются назначениями, нет очевидного взаимного перевода между формулами IF и формулами некоторой классической логической системы. Однако есть процедура перевода[17] формул IF в фразы из реляционный (фактически, один отличный перевод для каждого конечного и для каждого выбора предикатного символа арности ). В этом виде перевода дополнительный n-арный предикатный символ используется для представления команды n переменных . Это мотивировано тем, что при заказе переменных было исправлено, можно связать отношение в команду . Согласно этим соглашениям, формула ЕСЛИ связана со своим переводом следующим образом:
куда расширение что назначает как интерпретация сказуемого .
Благодаря этой корреляции можно сказать, что на конструкции , формула IF из n свободных переменных определяет семья русских родственников закончилась (семья родственников такой, что ).
В 2009 году Континен и Вяэнянен,[18] с помощью процедуры частичного обратного преобразования показал, что семейства отношений, определяемые логикой IF, - это в точности те, которые непусты, замкнуты вниз и определимы в реляционной логике. с дополнительным предикатом (или, что то же самое, непустое и определяемое предложение, в котором происходит только отрицательно).
Расширенная логика IF
Эта секция нуждается в расширении. Вы можете помочь добавляя к этому. (Октябрь 2012 г.) |
Если логика не закрывается классическим отрицанием. Логическое закрытие логики IF известно как расширенная логика IF и он эквивалентен собственному фрагменту (Фигейра и др. 2011). Хинтикка (1996, стр.196) утверждал, что «практически вся классическая математика в принципе может быть выполнена в расширенной логике первого порядка IF».
Свойства и критика
Ряд свойств логики IF вытекает из логической эквивалентности с и приблизить к логика первого порядка включая теорема компактности, а Теорема Левенгейма – Сколема, а Крейг интерполяция теорема. (Вяэнянен, 2007, с. 86). Однако Вяэнянен (2001) доказал, что множество Числа Гёделя допустимых предложений логики IF с хотя бы одним двоичным предикатным символом (множество, обозначенное ВалЕСЛИ) является рекурсивно изоморфный с соответствующим набором гёделевских чисел действительных (полных) предложений второго порядка в словаре, который содержит один двоичный символ предиката (набор обозначается Вал2). Кроме того, Вяэнянен показал, что Вал2 это полный Π2-определяемый набор целых чисел, и что это Вал2 не в для любого конечного м и п. Вяэнянен (2007, стр. 136–139) резюмирует результаты по сложности следующим образом:
Проблема | логика первого порядка | IF / зависимость / логика ESO |
---|---|---|
Решение | (r.e. ) | |
Не-срок действия | (основной. ) | |
Последовательность | ||
Непоследовательность |
Феферман (2006) цитирует результат Вяэнянена 2001 года, чтобы доказать (вопреки Хинтикке), что, хотя выполнимость может быть вопросом первого порядка, вопрос о том, есть ли у Verifier выигрышная стратегия над всеми структурами в целом, «приводит нас прямо к полная логика второго порядка"(курсив Фефермана). Феферман также подверг критике заявленную полезность расширенной логики ЕСЛИ, поскольку предложения в не допускают теоретико-игровой интерпретации.
Примечания
- ^ Хинтикка и Санду, 1989
- ^ Кэмерон и Ходжес 2001
- ^ Ходжес 1997
- ^ Фигейра, Горин и Гримсон 2011
- ^ Hintikka 1996
- ^ Феферман, 2006 г.
- ^ Манн, Санду и Севенстер 2011
- ^ Хинтикка и Санду 1989
- ^ Санду 1993
- ^ Ходжес 1997
- ^ Ходжес 1997b
- ^ Walkoe 1970
- ^ Эндертон 1970
- ^ Берджесс 2003
- ^ Санду 1998
- ^ Вяэнянен 2007
- ^ Ходжес 1997b
- ^ Континен и Вяэнянен, 2009 г.
Смотрите также
Рекомендации
- Берджесс, Джон П. "Замечание о предложениях Хенкина и их противоположностях ", Notre Dame Journal of Formal Logic 44 (3): 185-188 (2003).
- Кэмерон, Питер и Ходжес, Уилфрид (2001) "Некоторая комбинаторика несовершенной информации ". Journal of Symbolic Logic 66: 673-684.
- Эклунд, Матти и Колак, Даниэль "Является ли логика первоочередной задачей Hintikka? " Синтез, 131 (3): 371-388 июнь 2002 г., [1].
- Эндертон, Герберт Б. "Конечные частично упорядоченные кванторы ", Mathematical Logic Quarterly Volume 16, Issue 8, 1970, стр. 393–397.
- Феферман, Соломон, «Что это за логика,« дружественная к независимости »?», В Философия Яакко Хинтикка (Рэндалл Э. Осье и Льюис Эдвин Хан, ред.); Библиотека живых философов об. 30, Открытый суд (2006), 453-469, http://math.stanford.edu/~feferman/papers/hintikka_iia.pdf.
- Фигейра, Сантьяго, Горин, Даниэль и Гримсон, Рафаэль «О выразительной силе IF-логики с классическим отрицанием», протоколы WoLLIC 2011, стр. 135-145, ISBN 978-3-642-20919-2,[2].
- Хинтикка, Яакко (1996), «Возвращение к принципам математики», Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-62498-5.
- Хинтикка, Яакко, «Гиперклассическая логика (также известная как логика IF) и ее применение в логической теории», Бюллетень символической логики 8, 2002, 404-423 http://www.math.ucla.edu/~asl/bsl/0803/0803-004.ps.
- Хинтикка, Яакко и Габриэль Санду (1989), «Информационная независимость как семантическое явление», в Логика, методология и философия науки VIII (J. E. Fenstad, et al., Eds.), Северная Голландия, Амстердам, Дои:10.1016 / S0049-237X (08) 70066-1.
- Хинтикка, Яакко и Санду, Габриэль, "Теоретико-игровая семантика ", в Справочник по логике и языку, изд. J. van Benthem и A. ter Meulen, Elsevier 1996 (1-е изд.) Обновлено во 2-м втором издании книги (2011 г.).
- Ходжес, Уилфрид (1997), "Композиционная семантика языка несовершенной информации Журнал IGPL 5: 539–563.
- Ходжес, Уилфрид, "Some Strange Quantifiers", в Lecture Notes in Computer Science 1261: 51-65, январь 1997 г.
- Янссен, Тео М. В., «Независимый выбор и интерпретация логики ЕСЛИ». Журнал логики, языка и информации, Volume 11 Issue 3, Summer 2002, pp. 367-387. Дои:10.1023 / А: 1015542413718[3].
- Колак Даниил, На Hintikka, Belmont: Wadsworth 2001. ISBN 0-534-58389-X.
- Колак, Дэниел и Саймонс, Джон, «Результаты в: Сфера и важность философии Hintikka» в Дэниеле Колаке и Джон Саймонс, ред., Кванторы, вопросы и квантовая физика. Очерки философии Яакко Хинтикки, Springer 2004, стр. 205-268. ISBN 1-4020-3210-2, Дои:10.1007/978-1-4020-32110-0_11.
- Континен, Юха и Вяэнянен, Йоуко, «Об определимости в логике зависимости» (2009), Журнал логики, языка и информации 18 (3), 317-332.
- Манн, Аллен Л., Санду, Габриэль и Севенстер, Мерлин (2011) Дружественная к независимости логика. Теоретико-игровой подход, Издательство Кембриджского университета, ISBN 0521149347.
- Санду, Габриэль, "Если-логика и истина-определение ", Journal of Philosophical Logic, апрель 1998 г., том 27, выпуск 2, стр. 143–164.
- Санду, Габриэль, "О логике информационной независимости и ее приложениях ", Journal of Philosophical Logic Vol. 22, No. 1 (февраль 1993 г.), стр. 29-60.
- Вяэнянен, Йоуко, 2007, «Логика зависимости - новый подход к независимой логике», Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-87659-9, [4].
- Уолко, Уилбур Джон мл. "Конечная частично упорядоченная количественная оценка ", The Journal of Symbolic Logic Vol. 35, No. 4 (Dec., 1970), pp. 535-555.
внешняя ссылка
- Теро Туленхеймо, 2009 год ».Дружественная к независимости логика '. Стэнфордская энциклопедия философии.
- Уилфрид Ходжес, 2009. 'Логика и игры '. Стэнфордская энциклопедия философии.
- IF логика на Планета Математика