Краткое содержание
Этот урок открывает третий раздел курса, посвящённый семантике. Он представляет шесть его уроков и нить, которая их связывает, от продолжения оценки на все формулы до алгоритма нормальных форм и схем из переключателей; помещает раздел на пути курса, после вывода, который получал одни формулы из других, не обращая внимания на их значение, и перед метатеорией, которая свяжет выводимость с семантическим следованием ; объясняет, почему одного пункта, пункта для первичной связки, достаточно, чтобы придать значение всему языку, и почему истинностные значения вычисляются многочленами; показывает на таблице из четырёх строк, что решает семантика, не отыскивая выводов и не изобретая разметок; уточняет, что раздел берёт из предыдущих, и даёт советы по его изучению.
Цели обучения
- Описывать последовательность шести уроков раздела и объяснять, какие результаты каждого из них использует следующий.
- Помещать семантику на пути курса, отличать семантическое следование от выводимости и объяснять, что будут утверждать корректность и полнота.
- Объяснять, почему двузначность и истинностная функциональность позволяют придать значение всем формулам одним пунктом, и решать с помощью таблицы истинности, является ли схема рассуждения общезначимой.
- Распознавать, что раздел берёт из предыдущих, различать символы , , , и и организовывать изучение, начиная со входной проверки.
Входная проверка
Прежде чем пройти раздел, стоит измерить исходную точку. Эта проверка является самопроверкой: она не оценивается, и её единственная цель состоит в том, чтобы направить изучение. Её пятнадцать вопросов бывают двух видов. Первые четыре касаются того, что раздел считает известным из первого: определения рекурсией и однозначности разбора, официальных сокращений, случаев индукции по сложности и подстановки подформулы; тот, кто ошибётся в каком-либо из них, должен, прежде чем продолжать, повторить урок, который называет вопрос. Остальные одиннадцать касаются по порядку шести уроков этого раздела: два первого, два второго, один третьего и по два каждого из трёх последних. Тот, кто никогда не изучал семантику формального языка, не должен рассчитывать ответить на них правильно, и это не важно: каждый ответ, правильный или ошибочный, объясняет вопрос и называет урок, где он разбирается. Те же умения измеряются снова в конце, в уроке итогов.
Перед началом раздела оцени свою отправную точку. Это короткая самопроверка: она не оценивается, а результат хранится только в твоём браузере.
Вопрос 1Из предыдущих разделовФункция на формулах определяется, если задать её значение на каждой переменной и правило, которое вычисляет её значение на по , по и по её значениям на обеих. Что гарантирует, что так определяется ровно одна функция?
Это определяет, какие значения принимает функция, а не то, корректно ли она определена. Правило со значениями и , применённое к формуле, которую можно прочитать двумя способами, дало бы два результата.Именно для этого и служит рекурсия: теорема гарантирует сразу, для бесконечного множества формул, что существует одна и только одна функция, удовлетворяющая пунктам определения.Они так не читаются: цепочка совпадает с . Рекурсия опирается на единственное правило построения, , которое читается однозначно.Это теорема об определении рекурсией на формулах из урока об индукции, и однозначность разбора является её необходимым условием: если бы формула допускала два разложения, правило могло бы приписать ей два значения. Раздел использует это с первого же своего результата, который продолжает оценку переменных на все формулы.Повторить: Индукция по натуральным числам и по формулам
Вопрос 2Из предыдущих разделовС официальными сокращениями курса какой формулой является ?
Здесь тождество смешано с эквивалентностью. Идемпотентность означает, что обе всегда имеют одно и то же истинностное значение, но является более длинной цепочкой, чем .Эта цепочка есть : недостаёт внешнего отрицания, так как дизъюнкция есть отрицание стрелки Пирса, а не сама стрелка Пирса.Сокращение допускает равные компоненты, как и правило построения, которое из и строит .Дизъюнкция есть сокращение для , а по определению есть ; следовательно, буква в букву. Раздел вернётся к этому факту: одна и та же цепочка может иметь очень разные записи и находиться в нормальной форме, не показывая этого.Повторить: Язык логики высказываний
Вопрос 3Из предыдущих разделовКакие случаи нужно рассмотреть, чтобы доказать индукцией по сложности, что все формулы обладают некоторым свойством?
Отрицание, конъюнкция и дизъюнкция являются сокращениями, а не правилами построения. Индукция, рассматривающая только их, упустила бы формулы вроде , которая не является ни одной из трёх. Это частая ошибка в доказательстве существования нормальных форм.Переменная не является стрелкой Пирса, а без базы индукция не начинается.Шесть случаев лишние, а единственный нужный отсутствует: шесть связок суть сокращения стрелок Пирса.Каждая формула есть переменная или стрелка Пирса двух формул, и ничего больше. Так раздел доказывает лемму о совпадении, теорему о замене и существование нормальных форм, всегда с одним индуктивным случаем.Повторить: Индукция по натуральным числам и по формулам
Вопрос 4Из предыдущих разделовКогда вместо формулы подставляют формулу в по определению из урока об индукции, какие вхождения меняются?
Это замена одного вхождения, другая операция, которую раздел тоже изучит; подстановка меняет все.Подстановка действует на цепочку, где сокращения умножают вхождения: в формула входит дважды.То, что вставлено, повторно не подставляется: определение проходит исходную формулу, а не результат.Подстановка определяется рекурсией, и первый её пункт заменяет всю формулу, если она есть ; остальные применяют её к двум компонентам. Раздел докажет, что если и эквивалентны, то результат эквивалентен , и отличит эту операцию от замены одного-единственного вхождения.Повторить: Индукция по натуральным числам и по формулам
Вопрос 5Оценка даёт значение , а значение . Если имеет значение ровно тогда, когда и имеют значение , какое значение принимает формула ?
Пункт здесь применён к переменным, а не к компонентам. Компоненты всей формулы суть и , и участвует лишь через вторую.Лемма о совпадении из первого урока гарантирует, что значение зависит только от переменных, входящих в формулу, а здесь это и .Группировку определяет цепочка: в силу однозначности разбора у формулы одна пара компонент, и её значение единственно.Пункт применяется изнутри наружу: имеет значение , так как имеет значение ; вся формула есть стрелка Пирса от , имеющей значение , и , имеющей значение , и потому имеет значение . В числах .Повторить: Семантика логики высказываний
Вопрос 6Что означает ?
Это частое ошибочное прочтение. Отрицать, что все оценки выполняют , не значит утверждать, что её не выполняет ни одна.Это невыполнимость, утверждение гораздо более сильное: достаточно одной оценки, опровергающей , чтобы имело место .Это записывается как и говорит о выводах; говорит об оценках. То, что одно совпадает с другим, докажет метатеория.Это отрицание , утверждающего, что каждая оценка выполняет . Для переменной имеет место , и тем не менее она выполнима. То, что является противоречием, записывается как .Повторить: Семантика логики высказываний
Вопрос 7Известно, что : каждая оценка, выполняющая и , выполняет . Что отсюда следует?
Если посылку убрать, меняется утверждаемое: имеет место , а не является общезначимой. Посылка не исчезает; она становится антецедентом.Здесь обращено направление: снимаемая посылка становится антецедентом, а заключение консеквентом.Здесь сняты и посылки из , а это допустимо лишь тогда, когда пусто: имеет место , но не является общезначимой.Это семантическая теорема о дедукции: оценка, которая выполняла бы и опровергала бы , дала бы формуле и формуле , и тогда выполняла бы , не выполняя . Её доказательство сводится к единственной ложной строке импликации.Повторить: Семантическое следование и эквивалентность
Вопрос 8Формула общезначима. Какая из следующих формул общезначима по теореме о равномерной подстановке?
Здесь изменена в одних вхождениях и не изменена в других: это не подстановка, и результат не общезначим (его опровергает оценка, дающая переменной и переменной ).Здесь на место одной и той же переменной поставлены разные формулы; это тоже не подстановка, и оценка, дающая переменным и , опровергает результат.Она позволяет заменить каждую переменную любой формулой, при условии что это делается во всех её вхождениях и всегда одной и той же формулой.Она получается, если вместо подставить во всех её вхождениях; равномерная подстановка формул вместо переменных сохраняет общезначимость.Повторить: Семантическое следование и эквивалентность
Вопрос 9По соглашению курса какую формулу обозначает выражение , записанное без скобок?
Здесь ассоциация вправо. Эта формула эквивалентна обозначаемой, но не является той же цепочкой, а соглашение фиксирует одну.Это не так: в силу однозначности разбора их первые компоненты были бы равны, а это и . Это разные формулы с одним и тем же значением при каждой оценке.Без соглашения оно действительно ничего бы не обозначало; поэтому третий урок фиксирует одно, группировку влево.Конъюнкции членов определяются рекурсией с ассоциацией влево, и соглашение так сокращает конъюнкцию списка . Другая группировка есть другая цепочка, хотя и эквивалентная ей в силу ассоциативности.Вопрос 10Истинностная функция двух аргументов сопоставляет значение, или , каждой из четырёх строк , , и . Сколько существует истинностных функций двух аргументов?
Правильный ответ:
Каждая из строк получает одно из значений независимо от остальных: существует функций, по одной на каждый возможный столбец таблицы из четырёх строк. Шесть из них суть функции связок курса. Тот, кто отвечает , сосчитал строки, а не функции; тот, кто отвечает , умножил на вместо того, чтобы возвести в степень .Повторить: Функциональная полнота
Вопрос 11Может ли формула, записанная из переменных только с помощью и , иметь значение при оценке, дающей всем переменным?
Длина не имеет значения: свойство сохраняется на каждом шаге построения, так что никакая формула, сколь угодно длинная, его не теряет.То, что одна связка достаточна, ничего не говорит о других. Стрелка Пирса достаточна, потому что с его помощью записывается отрицание; с помощью конъюнкции и дизъюнкции нет.Формул бесконечно много, и никакое количество таблиц их не исчерпывает; ответ получается сразу через свойство, которое сохраняют все они.Переменные имеют при ней значение , а конъюнкция и дизъюнкция двух формул со значением имеют значение ; по принципу замыкания это свойство переходит на все формулы, записанные таким образом. Отсюда следует, что с помощью и отрицание не записывается: множество не является полным.Повторить: Функциональная полнота
Вопрос 12Литерал есть переменная или отрицание переменной. Какая из следующих формул является литералом?
Она эквивалентна , которая является литералом, но сама литералом не является: это отрицание отрицания. При отрицании нормальной формы двойное отрицание литерала нужно упростить, прежде чем продолжать.Это конъюнкция двух литералов, то есть элементарная конъюнкция, а не литерал.Это сокращение для , составной формулы, которая не является ни переменной, ни отрицанием переменной.Это отрицание переменной . Литералы суть кирпичики нормальных форм: дизъюнкт есть дизъюнкция литералов, а элементарная конъюнкция есть конъюнкция литералов.Повторить: Нормальные формы
Вопрос 13Является ли общезначимой конъюнктивная нормальная форма ?
В конъюнкции общезначимый дизъюнкт не спасает остальных: конъюнкция имеет значение , как только один дизъюнкт имеет значение .Выполнимость не есть общезначимость: оценка, дающая всем переменным, её выполняет, но другая её опровергает.В конъюнктивной форме общезначимость читается с одного взгляда, поиском контрарных пар дизъюнкт за дизъюнктом. Это одна из причин, по которым раздел изучает нормальные формы.Конъюнктивная форма общезначима тогда и только тогда, когда каждый из её дизъюнктов содержит литерал и его противоположный. Первый дизъюнкт его содержит ( и ); второй нет, а дизъюнкт без контрарной пары имеет значение при оценке, которая делает ложными все его литералы.Повторить: Нормальные формы
Вопрос 14Чтобы привести формулу к дизъюнктивной нормальной форме, конъюнкцию распределяют относительно дизъюнкции. Какое правило правильно?
Здесь вторая конъюнкция заменена дизъюнкцией, частая ошибка, и правило в такой записи неверно: при истинной и ложных , левая часть ложна, а правая истинна.Правая часть эквивалентна , а это другая формула: при ложной и истинных , левая часть ложна, а правая истинна.Здесь забыто скопировать во второй член: при ложных и и истинной левая часть ложна, а правая истинна.Это дистрибутивность конъюнкции относительно дизъюнкции: копируется в каждый член и соединяется с ним той же конъюнкцией. Каждое применение даёт эквивалентную формулу по теореме о замене.Повторить: Алгоритм нормальных форм и его применения
Вопрос 15В схеме два прямых переключателя, с рычагами и , соединены последовательно, и этот блок соединён параллельно с прямым переключателем с рычагом . Какая формула говорит, когда схема проводит?
Здесь роли переставлены: последовательное соединение есть конъюнкция, а параллельное дизъюнкция, а не наоборот.Здесь последовательно поставлен переключатель , который стоит параллельно: при включённом и выключенном схема проводит, а эта формула имеет значение .Здесь параллельно поставлены переключатели и , которые стоят последовательно: когда включён только , схема не проводит, а эта формула имеет значение .Последовательное соединение пропускает сигнал, если его пропускают оба переключателя, а параллельное, если его пропускает какая-либо ветвь: последовательное соединение соответствует конъюнкции, параллельное дизъюнкции.Повторить: Алгоритм нормальных форм и его применения
Загрузка содержимого…