求与下面谓词公式等值的前束范式_数理逻辑(4)——谓词逻辑的等值、范式和推理演算...

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前置知识:谓词逻辑的基本概念。tetradecane:数理逻辑(3)——谓词逻辑的基本概念​zhuanlan.zhihu.com

1. 谓词公式的等值与重言蕴含

与命题逻辑中的定义完全一致。

若谓词公式

在任一解释下真值相同,称

等值/等价,记作

.

定理:

当且仅当

是普遍有效的。

给定两个谓词公式

,在任何解释下,若

为真则

为真,就称

重言蕴含

,记作

.

定理:

当且仅当

是普遍有效的,当且仅当

是不可满足的。

2. 谓词公式的等值式

2.1 由命题逻辑转移

在命题逻辑的等值式中,以谓词公式代入命题变项,便可得谓词逻辑的等值式。例如:

可得

2.2 量词的否定与转化

2.3 量词分配等值式

上面四式中

不含变元

.

约束变元易名后有

上面两式中

是量词

.

3. 谓词公式的范式

命题逻辑公式有与之等值的范式。谓词逻辑公式也有范式,但不是所有范式都与原公式等值。

3.1 前束范式

定义:如果公式

中的所有量词都非否定地置于公式左端,且其辖域都延伸到公式末端,则称

是前束范式。形如

其中

是量词

,公式

不含量词,称为

的母式/基式。

前束范式定理:任一公式都有与之等值的前束范式。

求前束范式的方法:

①消去

.

②否定词深入(应用反演律)。

③约束变元易名(如果有必要的话)。

④量词左移(应用分配等值式)。

例如:

3.2 Skolem范式

定义:如果公式

是前束范式,且消去所有的存在量词,则称

是Skolem范式。形如

定理:任一公式

都可化为Skolem范式

,并且

可满足当且仅当

可满足。

说明:一般的公式并不与其Skolem范式等值,只是“等可满足”。

求Skolem范式的方法:

①求前束范式。

②消去

(引入个体常项或函数)。

例如:

化为

(引入个体常项

代入

)

化为

(引入的个体与

有关,所以用函数

)

4. 谓词逻辑的推理式

举例:

5. 谓词逻辑的归结推理法

归结推理法可以推广到谓词逻辑。

为了证明

,等价地证明

不可满足,过程:

①将

化为前束范式,再化成仅含

的Skolem范式

,这里

不可满足当且仅当

不可满足。

②将

中的

省略,求

母式的合取范式,将合取范式中的

换为逗号,得到字句集

. (注意,

中的变元均受

约束。)

③对

进行一步归结:若

中有两个字句

,且对

有代入

,使得两者相等,即

(称为合一),则可以进行归结,得到归结式

放入

中。

④重复③,直至得到矛盾式。

举例,证明:

为前束范式

化上式为Skolem范式

得到子句集

有代入

可以合一,归结到空字句,矛盾,证毕。

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