Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Непейвода. Прикладная логика

.PDF
Скачиваний:
1052
Добавлен:
10.08.2013
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

18.2. МИНИМАЛЬНАЯ ЛОГИКА

471

Шаг. Пусть 0 = n, где n — произвольное. Докажем 0 = n + 1.

Поскольку 0 = n, имеем 1 = n + 1 (по аксиоме x, y(x = y x + 1 =

y +1).) Тогда по транзитивности равенства 0 = n+1, что и требовалось

доказать.

 

Отсюда по аксиоме равенства следует x, y x = y. Подстановкой по-

лучаем произвольную элементарную формулу t = u.

 

А теперь индукцией по построению произвольной формулы A дока-

зываем, что она выводима. В самом деле, для элементарных это доказа-

но, а далее, поскольку все наши связки ведут от истинных к истинным

(нет отрицания), это легко видеть.

 

Итак, формула

(18.7)

A 0 = 1

является полноценной заменой отрицания в арифметике.

 

Более того, в классической безотрицательной арифметике она сразу

же оказывается полноценным классическим отрицанием.

В самом деле,

закон приведения к абсурду, очевидно, выполнен, поскольку опреде-

лена как 0 = 1. A ¬ A является частным случаем классической тавто-

логии

 

A (A B).

 

Четвертая сторона отрицания была первоначально предложена

Брауэром в качестве определения конструктивного смысла отрицания,

но Брауэр сразу же отказался от своей идеи. Это —

определение отрица-

ния A как такого действия, которое препятствует реализации (либо

обоснованию) A (превентивное отрицание.)

 

§ 18.2.

МИНИМАЛЬНАЯ ЛОГИКА

 

Минимальную логику предложил Иогансон как исправление интуици-

онистской логики в связи с тем, что она не отказалась от казавшегося

парадоксальным закона ex falso quodlibet. Он просто устранил это пра-

вило из гейтинговской формализации.

 

После такой модификации отрицание стало действительно очень сла-

бым высказыванием. Оно сохранило лишь одну сторону классического

отрицания —

редукционное отрицание.

 

В минимальной логике конечно же из противоречия не обязательно выводится все что угодно ,и противоречивая, теория может быть нетри виальной. Но тем, не менее, она в каком-то смысле вырожденна. -

472 ГЛАВА 18. ПРОБЛЕМА ОТРИЦАНИЯ

Предложение 18.2.1. В минимальной логике из противоречия выводит-

ся отрицание любой формулы.

Доказательство. В самом деле, если у нас имеется противоречие B и

¬ B, то мы можем импортировать его в любой вспомогательный вывод.

После импорта мы можем, предположив A, заключить по правилу при-

ведения к абсурду (которое сохраняется) ¬ A.

Пример 18.2.1. Рассмотрим интерпретацию лжи как истины.2 Тогда

правило приведения к абсурду сохраняет силу, поскольку истина следу-

ет из всего, что угодно. Значит, данная интерпретация моделирует мини-

мальную логику. Но в такой интерпретации истинна (либо реализуема)

любая формула вида ¬ A.

В арифметике, в частности, отрицание моделируется в системе без

отрицания. Из 0 = 1 выводима с помощью аксиомы индукции любая

позитивная формула.

Таким образом, в реальных аксиоматических теориях минимальная

логика не дает никаких новых эффектов по сравнению с интуиционист-

ской, и поэтому представляет интерес лишь для перепроверки области

применения интуиционистских результатов.

Упражнения к § 18.2

18.2.1.

Дайте определение модели Крипке для минимальной логики.

18.2.2.

Проверьте, будут ли минимально доказуемы следующие форму-

лы:

 

 

1.

(A B) & ¬ A B.

 

2.

(¬ ¬ A A) & (¬ ¬ A ¬ A) (A ¬ A).

 

3.

(¬ A B) (A B).

 

4.

¬(A & B) ¬ A ¬ B.

 

5.

¬ A ¬ B ¬(A & B).

 

6.

¬ x A(x) x ¬ A(x).

18.2.3. Догадайтесь, на что заменить в арифметике без отрицания акси-

ому

x ¬ S x = 0.

2 Именно так!

18.3. ЛОГИКА С СИЛЬНЫМ ОТРИЦАНИЕМ

473

18.2.4. Каково соотношение безотрицательных фрагментов минималь-

ной и интуиционистской логики?

 

§ 18.3.

ЛОГИКА С СИЛЬНЫМ ОТРИЦАНИЕМ

Грис модифицировал интуиционистскую логику в другом направлении,

введя в нее сильное отрицание , определяемое по правилам прямого

отрицания, и сохранив ex falso quodlibet. Правила естественного выво-

да для логики с сильным отрицанием формулируются по отдельности

для связок и для отрицаний связок.

Таким образом,

сильное отрицание

работает по-разному в различных контекстах3 Для обычных связок пра-

вила остаются прежними. Для отрицания исчезает правило приведения

к абсурду, но остается правило ex falso quodlibet.

 

 

Устранение Введение

 

 

(A B)

 

A B

(18.8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A B

 

 

(A B)

 

Остальные правила для комбинаций отрицания и связок также следуют

классическим правилам формулировки отрицаний. В том числе имеется

и два правила для комбинации .

Введение

 

 

Устранение

(18.9)

 

 

 

A

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

A

 

Рассмотрим теперь определение модели Крипке для логики Гриса Струк тура миров остается такой же как в интуиционистской логике см. опре - деление В каждом мире, теперь элементарная формула( .может- иметь одно16.5из.1)трех. значений или что означает что значение формулы в данном мире неизвестно: >, Приuподъеме, по модели, возраста ют как множество истинных так и .множество ложных элементарных- формул что можно интерпретировать, следующим образом неизвест ность является( не равноправным логическим значением, а временным: -

3 Но конечно эти его действия взаимно согласованы иначе не получилась бы ло гическая, система, имеющая как и полагается отличной ,конструктивной логике четы- ре взаимосогласованные, интерпретации, естественный вывод алгебраическая система, - модели Крипке, реализуемость. : , ,

474 ГЛАВА 18. ПРОБЛЕМА ОТРИЦАНИЯ

состоянием высказывания, которое в любой момент может быть замене-

но на одно из определенных состояний4). Совместной индукцией опре-

деляются понятия истинности и ложности формулы.

 

 

 

 

p |= A и p |= B

 

 

p =| A или p =| B

 

 

 

 

p |= A или p |= B

 

 

p =| A и p =| B

 

 

 

 

p |= A & B

 

 

 

p =| A & B

 

 

 

 

 

p |= A B

 

 

p =| A B

 

 

Если q

p |= A

 

 

 

 

p =| A

 

 

 

|= A, то

q |= B

 

 

 

p |= A

 

 

 

 

 

p =| A

 

 

 

 

 

 

 

для всех p 4 q

 

 

p |= A и p =| B

 

(18.10)

 

 

 

p |= A B

 

 

p =| A B

 

 

Есть такое c Up,

Для всех p 4 q и для всех

 

 

 

 

что p |= A(c)

 

c Uq q =| A(c)

 

p |= x A(x)

Для всех p 4 q и для всех c Uq q |= A(c)

p =| x A(x)

Есть такое

что | c Up, p = A(c)

p |= x A(x)

p =| x A(x)

 

Заметим, что обычное интуиционистское отрицание выражается через

сильное отрицание и импликацию. А именно,

 

 

¬ A (A A)

(18.11)

Теперь легко построить модель в которой ложен сильный закон исключен ного третьего А именно она состоит, из одного мира в котором неиз - вестно Тогда. и одновременно, , - СильноеA. отрицание¬ A может пониматься¬ Aкак. конструктивное опровер жение когда мы не просто приводим к противоречию некоторое предло- жение, а строим для него контрпример Соответственно реализуемость- для сильного, отрицания построение которой. оставлено, Вам в качестве

упражнения может быть( интерпретирована как построение програм мы для которой), мы интересуемся не только выдачей результата но и- осмысленного, сообщения об ошибке в случае неудачи.5 ,

но4 Но никто не гарантирует, что неизвестное высказывание когда-нибудь будет уточне-

5 .Все кто имели дело с программами прекрасно понимают разницу между информа тивным, сообщением об ошибке и простым, вылетом или еще хуже зависанием про- граммы. , , -

18.4. ЛОГИКА НЕПОЛНОЙ ИНФОРМАЦИИ

475

Упражнения к

Дайте определение§ 18.3 реализуемости для формул логики с силь 18.3.1ным. отрицанием. - Как видоизменится доказательство теоремы полноты для логики

18.3.2с. сильным отрицанием?

Рассмотрим следующее рассуждение для любой форму 18.3.3лы. означает то же самое что и Рассмотрим. A теперь - ОноAэквивалентно Aно. эквивалентноA B. Таким образом(A B)эквивалентно, (A B Но поA &правиламB. формулировки, A отрицанияB последняя(формулаA & B)экви. , валентна что эквивалентно, Таким обра- зом AэквивалентноB, Взяв частныйA Bслучай. - получаем, A B а данная формулаA B. не то что невыводимаA а даA, же может бытьA ложнойA, в модели Крипке , , -

В чем дело?

Можно ли рассматривать сильное отрицание в классической ло

18.3.4гике. ? -

§ 18.4. ЛОГИКА НЕПОЛНОЙ ИНФОРМАЦИИ

 

Одна из проблем, на которую мы уже неоднократно наталкивались —

неполные структуры, частично-определенные операции и прочее по-

добное. Эта проблема оказывается связана с вариациями понятия от-

рицания.

 

 

 

В самом деле, рассмотрим простейшую логику неполной информа-

ции, созданную С. К.

Клини. В ней три логических значения —

истина,

ложь и бессмыслица

(неопределенность) u. Значение формулы, содер-

жащей бессмысленные части, определено лишь в том случае, если его

можно вычислить, вообще не затрагивая бессмысленные подформулы.

Так, например, & u —

ложь, а значение u u само есть u.

 

При такой интерпретации ¬ u = u.

 

Алгебраической интерпретацией подобных структур являются ре-

шетки с инволюцией.

Решетка L называется решеткой с инволюцией,

Определение 18.4.1.

если задан ее антиизоморфизм на себя как упорядоченного множе ства, такой, что a a = a -

476 ГЛАВА 18. ПРОБЛЕМА ОТРИЦАНИЯ

Напомним, что отображение называется антиизоморфизмом чумов,

если оно взаимно однозначно и x < y f(x) > f(y).

и 1, его можно

Поскольку этот антиизоморфизм меняет местами 0

считать одной из форм отрицания.

 

 

 

Заметим, что четырехэлементная решетка с двумя несравнимыми

элементами позволяет определить два отрицания. Покажем их на чер-

теже.

1

 

 

(18.12)

 

 

 

 

a = ¬ b = a

 

b = ¬ a = b

 

 

0

 

 

 

Упражнения к § 18.4

 

 

 

18.4.1.

Чему равно (a ∩ b)?

 

 

 

§ 18.5.

ОСНОВЫ ЛОГИКИ ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ

 

Очевидно, почему Брауэр испугался собственной идеи превентивного

отрицания. Он, при всей внешней революционности, как уже было пока-

зано, максимально осторожно относился к идеям математики. А данное

понимание отрицания находится в грубейшем концептуальном проти-

воречии с идеей чистой математики. Ничто не может воспрепятствовать

математику сделать вывод, который следует из ранее доказанных пред-

ложений, даже если этот вывод противоречит другим ранее доказанным.

Другое дело, что такой вывод должен заставить пересмотреть некоторые

из ранее принятых положений. Итак, мы видим, что грубой математиче-

ской реализацией идеи Брауэра может служить правило modus tollens:

 

A B

¬ B

 

(18.13)

 

¬ A

 

 

 

Заметим, что modus tollens точно так же согласуется с отрицанием как

приведением к нежелательному результату: если из B следует нечто не-

желательное, то оно следует и из A.

Поэтому данное правило нельзя

считать прямым и сколько нибудь адекватным отражением идеи Брауэ ра Но при сохранении хотя- бы той части парадигмы современной мате- матики. , что значения и смысл математических утверждений не зависят-

18.6. ПАРАНЕПРОТИВОРЕЧИВАЯ ЛОГИКА

477

от людей и не меняются со временем, если эти утверждения уже дока-

заны, дальше двинуться невозможно.

 

Рассмотрим теперь логику меняющегося мира, в котором действуют

активные субъекты. Тогда задача воспрепятствовать истинности A ста-

новится вполне осмысленной. Описание такого вида отрицания пред-

ставляет нелегкую задачу. Остановимся на некоторых трудностях.

Пример

18.5.1. Рассмотрим ситуацию, где нам нужно воспрепятство-

вать действию, заключающемуся в повороте на 180◦ некоторого устрой-

ства. Тогда, если нам недопустимо прямо воздействовать на противни-

ка и есть основания полагать, что распознать состояние устройства ему

будет затруднительно, лучший способ помешать противнику —

самому

заранее выполнить этот поворот, дабы он своим действием восстановил

желаемое нам состояние.

 

Этот пример более или менее условный, но в восточных единобор-

ствах известно, что часто лучший способ воспрепятствовать приему про-

тивника —

помочь ему. Также и интриганы часто препятствуют чему-то

нежелательному, помогая проводящему в жизнь данное действие таким

образом,

чтобы он якобы добился успеха, а результаты были бы прямо

противоположны ожидаемым.

 

Итак, в логике противодействия каждое действие должно иметь обрат-

ное. Этому условию противоречит обычная совокупность функциона-

лов колмогоровской интерпретации, поскольку, в частности,

функцио-

нал, всегда принимающий одно и то же значение, необратим. Итак, в

данной логике реализациями должны быть элементны некоторой груп-

пы. Развитие логик реверсивных действий — одна из актуальных задач,

которая пока еще не решалась.

 

§ 18.6.

ПАРАНЕПРОТИВОРЕЧИВАЯ ЛОГИКА

 

Паранепротиворечивая логика отказывается от третьей стороны отри-

цания,

и, более того, рассматривает A и ¬ A как вполне совместимые

случаи. Содержательным обоснованием этого является, напрмер, сле-

дующее рассуждение.

 

Пить водку вредно для здоровья. Поэтому водку

 

пить нельзя. Но пить водку принято в нашем об-

(18.14)

ществе. Поэтому пить водку нужно.

 

478 ГЛАВА 18. ПРОБЛЕМА ОТРИЦАНИЯ

Вариации на эту тему могут быть бесконечны.

Упражнения к § 18.6

Какая из рассмотренных в данной главе логик является паране 18.6.1.противоречивой? -

Глава Доказательства и программы19.

§ 19.1. ИЗОМОРФИЗМ КАРРИ-ХОВАРДА

Мартышкам стало холодно зимой Вдруг светлячок зажег огонь живой, Согреемся теперь конец мученьям. И« приложили светлячка, к поленьям.»—

(Рудаки. [23, стр. 212])

Поскольку конструктивное доказательство дает умственное постро ение возникает соблазн использовать его для построения и анализа про- грамм, История такого применения доказательств пожалуй берет на- чало от. забытой работы Карри и от его совместной, монографии, - с Ховардом один из результатов[33] которой мало того что изящен с математической[34],точки зрения но еще и выглядит необычайно соблаз нительно и поэтому слишком ,хорошо помнится. -

Рассмотрим фрагмент интуиционистской логики, в котором есть все-

го одна связка . Формулы данного языка изоморфны типам в типи-

зированном λ-исчислении. Это —

первая основа изоморфизма. Вторая

основа —

уже ранее неоднократно подмеченная аналогия между при-

менением функции к аргументу и правилом между абстракцией и правилом дедукции Начнем с примераmodus ponens, λ-

. .

Пример 19.1.1. Проанализируем доказательство формулы (A B)

480

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 19.

ДОКАЗАТЕЛЬСТВА И ПРОГРАММЫ

((B C) (A C)).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(19.1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(B

 

 

C)

 

 

(A

 

C)

 

 

 

(A B) ((B C)

 

(A C))

 

Построим по этому доказательству замкнутый

λ-терм типа ((a → b) →

((b → c) → (a → c))),

реализующий данную формулу. Поскольку

последним применялось правило дедукции, терм должен иметь вид λ-

абстракции

 

 

λf(a→b). (· · · )((b→c)→(a→c)),

(19.2)

где мы уже знаем и тип связанной переменной, и тип подкванторного

выражения. Аналогично, конкретизируя подкванторное выражение, ис-

ходя из его вывода, получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λf(a→b)

. λg(b→c). (· · · )(a→c).

(19.3)

Конкретизируя последнее выражение,

опять получаем λ-абстракцию1:

 

 

 

λf

(a→b). λg(b→c). λxa. (· · · )c.

(19.4)

И, наконец, рассматривая внутренний подвывод, мы видим, что в нем к

x применялись f и g:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λf

(a→b). λg(b→c). λxa. (g(fa)).

(19.5)

Итак, мы построили функционал, дающий композицию своих аргумен-

тов.Переходим к точным определениям.

 

 

 

 

Пусть задано разрешимое бесконечное множество исходных типов

T . Взаимно-однозначо сопоставим типы из

T и пропозициональныебу-

квы. Тип, соответствующий импликативной формуле A —

результат за-

мены всех пропозициональных букв на элементарны типы и на →.

1 То что мы используем переменную для элементарного типа а и для функ циональных, , является лишь стилистическимx украшением. , f g — -