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:

  1. Любая атомная формула является формулой ЕСЛИ.
  2. Если формула ЕСЛИ, то является формулой ЕСЛИ.
  3. Если и являются формулами ЕСЛИ, то и являются формулами ЕСЛИ.
  4. Если формула, переменная, а конечный набор переменных, то и также являются формулами ЕСЛИ.

Бесплатные переменные

Набор свободных переменных формулы IF индуктивно определяется следующим образом:

  1. Если атомарная формула, то - множество всех входящих в него переменных.
  2. ;
  3. ;
  4. .

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.

  1. Если является буквальным, игра заканчивается, и, если верно в (в смысле первого порядка), тогда побеждает Элоиза; в противном случае выигрывает Абеляр.
  2. Если , то Абеляр выбирает одну из подформул , и соответствующая игра играет.
  3. Если , то Элоиз выбирает одну из подформул , и соответствующая игра играет.
  4. Если , то Абеляр выбирает элемент из , и игра играет.
  5. 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:

  1. если буквально.
  2. если .
  3. .
  4. , 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:

  1. если буквально.
  2. .
  3. .
  4. , 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.

  1. Учитывая команду над структурой и переменная , дублирующая команда это команда .
  1. 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:

  1. тогда и только тогда, когда для каждого задания , в смысле логики первого порядка (то есть кортеж находится в интерпретации из ).
  2. тогда и только тогда, когда для каждого задания , в смысле логики первого порядка (то есть ).
  3. если и только если .
  4. если и только если и .
  5. если и только если есть команды и такой, что и и .
  6. если и только если .
  7. тогда и только тогда, когда существует -унифицированная функция такой, что .

Отрицательное удовлетворение:

  1. тогда и только тогда, когда для каждого задания , кортеж не в интерпретации из .
  2. тогда и только тогда, когда для каждого задания , .
  3. если и только если .
  4. если и только если есть команды и такой, что и и .
  5. если и только если и .
  6. тогда и только тогда, когда существует -унифицированная функция такой, что .
  7. 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

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:

Проблемалогика первого порядкаIF / 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

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