Лабораторная работа 9 Логические задачи в алгебре Буля

В настоящее время методы математической логики внедряются в гуманитарные знания как аппарат, позволяющий быстро и эффективно перерабатывать огромные объемы информации. Эти методы, как правило, при объяснении понятий и существующих между ними отношений исключают ошибки, проистекающие за счет неточного толкования смысла понятий, благодаря использованию логических операций.

Впервые с идеей внедрения логики и математики в процесс познания закономерностей между объектами любой природы выступил немецкий философ и математик Лейбниц (1646-1716). Он предвидел возникновение новой области науки, названной им философским исчислением.

Философское исчисление, по идее Лейбница, должно представлять такую логическую систему, в которой все производные понятия выражались бы символами, составленными из известных простых символов, обозначающих элементарные понятия на основании строгих правил. Операции над символами должны производиться по аналогии с алгебраическими операциями так, чтобы формальным путем можно было получать все новые и новые понятия и умозаключения.

Грандиозный замысел Лейбница долгое время оставался без развития. Первый крупный шаг в осуществлении идей Лейбница был сделан Джорджем Булем (1815-1864). В период с 1847 по 1857 г. он опубликовал три работы. Первые две носили характер предварительных исследований. В третьей работе (это объемистая книга в 424 стр.) изложена, в сущности, вся система Буля. Здесь он демонстрирует, как при помощи символических алгебраических методов можно строить логические конструкции. Кроме того, он показывает, как его система может быть распространена на теорию вероятностей.

В этих работах Буль преследует еще одну цель: найти элементарные операции человеческого мышления, выйдя за рамки дедуктивной и индуктивной логики. Выражаясь современным языком, его исследования принадлежали к области кибернетики.

Буль впервые показал, что законы человеческого мышления могут быть формализованы так, что над понятиями могут производиться те же операции, что и над целыми числами. Но в отличие от арифметики, как он показал, формальные операции над понятиями подчиняются следующим двум законам: два одних и тех же понятия сложенные или перемноженные приводят к тому же понятию (в современной Булевой алгебре их называют – отсутствие коэффициентов и степеней).

На формирование Булевой алгебры как самостоятельной научной дисциплины оказали влияние исследования немецкого математика Эрнста Шредера (1841-1902), который дал математическую трактовку закона исключенного третьего аристотелевской логики.

Шредер допускал наличие классов больше двух и для оперирования с ними он сформулировал следующее правило: если среди членов некоторой суммы классов находится хотя бы один, который оказывается отрицанием другого, то вся сумма равна единице. Легко показать, что с помощью этого правила можно построить таблицу операции отрицания Булевой алгебры.

Символическое исчисление Буля Шредер называл логическим исчислением и признавал только три основных операции: сложение, умножение и отрицание; вычитание он считал не безусловно выполнимой операцией. Тем самым Шредер поставил вопрос об оптимальном количестве операций в логике классов.

Однако гениальная догадка Буля состояла в том, что только на множестве числа М={0;1} символическое исчисление не противоречит опыту человеческого мышления. Вопрос же об оптимальности количества операций и в логике классов, и в исчислении Буля решается неоднозначно.

Согласно современным представлениям, алгеброй Буля называют элементы множества М={0;1} с заданными в нем операциями S={“”,“”,“-“} дизъюнкции, конъюнкции и отрицания. Обозначается алгебра Буля так: =(М;S), здесь М – множество, S – сигнатура алгебры, т.е. набор операций. Переменные будем называть булевыми переменными. Эти переменные обозначают понятия или высказывания как неделимые понятия, если =0, то высказывание ложно, если же =1, высказывание истинно.

Рассмотрим следующие логические задачи, которые решаются на базе символического исчисления Буля.

Задача 1.

Алеша, Боря и Гриша нашли в земле сосуд. Рассматривая удивительную находку, каждый высказал по два предложения:

Алеша. Это сосуд греческий и изготовлен в 5 веке.

Боря. Это сосуд финикийский и изготовлен в 3 веке.

Гриша. Это сосуд не греческий и изготовлен в 4 веке.

Учитель истории сказал ребятам, что каждый из них прав только в одном из двух предложений.