離散數學知識點總結(2) 謂詞邏輯

2022-09-05 04:06:09 字數 4042 閱讀 6151

謂詞:表示個體詞性質或相互之間關係的詞

量詞:用來表示個體數量的詞是

謂詞的量化:給謂詞加上量詞 

一元目謂詞p(x)、n元目謂詞p(x, y, z, ...)它們是命題形式而非命題

因為既沒有指定謂詞符號p的含義,而且個體詞x、y等也是個體變項而不代表某個具體的事物,從而無法確定p(x)、p(x, y)的真值。 

僅當賦予謂詞確定含義,並且個體詞取定為個體常項而非個體變項時,命題形式才化為命題。

設a為乙個謂詞公式,若a在任何解釋下真值均為真,則稱a為普遍有效的公式/邏輯有效式。例如(∀x) (p(x)∨┐p(x)) 

若a在任何解釋下真值均為假,則稱a為不可滿足的公式/矛盾式,例如(∀x)p(x)∧(∃y) ┐p(y) 

若至少存在乙個解釋使a為真,則稱a為可滿足的公式 

church-turing定理:對任一謂詞公式而言,沒有乙個可行的方法判明它是否是普遍有效的。即謂詞邏輯是不可判定的

但是謂詞公式的某些子類是可判定的 

命題公式 p→q 的代換例項:如p(y)→q(z)、(∀x)p(x)→(∃x)q(x)般用謂詞公式處處代替各個命題變項

命題公式中,重言式的代換例項都是邏輯有效式、矛盾式的代換例項都是矛盾式。 

存在唯一的偶素數:∃x(prime(x)∧even(x))∧(∀y)(prime(y)∧even(y)→equal(x, y))

g(x)表示x是金子、l(x)表示x會閃光:(∀x)(g(x)→l(x))∧(∃x)(l(x)∧┐g(x))

f(x)表示x是烏鴉、g(x, y)表示x與y一般黑:

(∀x)(∀y)(f(x)∧f(y)→g(x , y))

⟺(∀x)(∀y)(┐(f(x)∧f(y))∨g(x , y))

⟺(∀x)(∀y)┐((f(x)∧f(y))∧┐g(x , y))

⟺(∀x)┐(∃y)((f(x)∧f(y))∧┐g(x , y))

⟺┐(∃x)(∀y)((f(x)∧f(y))∧┐g(x , y))

∃x even(x) ∧ ∃x odd(x) 和∃x (even(x)∧odd(x))不等價,前者表示存在乙個正奇數也存在乙個正偶數,後者表示存在乙個數既是正奇數又是正偶數

∀x even(x) ∨ ∀x odd(x) 和∀x (even(x)∨odd(x))不等價,前者表示所有數都是正偶數,或者所有數都是正奇數

後者表示所有數都是正奇數或正偶數

⭐️∀x∃ygreater(y, x) 和∃y∀xgreater(y, x),前者表示對於任乙個正整數而言,都存在比它大的正整數 

後者表示存在乙個正整數,大於任何正整數 

設論域 d= 是有限集合,則有(∀x)a(x)⟺a(a1)∧a(a2)∧…∧a(am) 、(∃x)a(x)⟺a(a1)∨a(a2)∨…∨a(am) 

量詞否定等值式/德摩根律:┐(∀x)a(x)⟺(∃x)┐a(x)、┐(∃x)a(x)⟺(∀x)┐a(x)

量詞轄域收縮與擴張等值式:∀/∃x(a(x)∨/∧b)⟺∀/∃x(a(x))∨/∧b

量詞分配等值式:∀x(a(x)∧b(x))⟺∀xa(x)∧∀xb(x)、∃x(a(x)∨b(x))⟺ ∃xa(x)∨∃xb(x) 

例題:∃x(p(x)→q(x))

⟺∃x(┐p(x)∨q(x))

⟺∃x┐p(x)∨∃xq(x)

⟺┐∀xp(x)∨∃xq(x)

⟺∀xp(x)→∃xq(x)

反駁:要證明∀x(p(x)→q(x))為假的辦法

┐∀x(p(x)→q(x))

⟺∃x(p(x)∧┐q(x))

就是要找到某個x,使得p(x)為真的同時q(x)為假

所有量詞都位於該公式的最左邊:∀xp(x)∨∀xq(x)不是

所有量詞前都不含否定詞:┐∀xp(x , y)不是

量詞的轄域都延伸到整個公式的末端:∀x(p(x)→q(x))∨r(z)不是

┐((∀x)(∃y)p(a, x, y)→(∃x)(┐(∀y)q(y, b)→r(x))) 

(1)消去→

⟺┐(┐(∀x)(∃y)p(a, x, y)∨(∃x)(┐┐(∀y)q(y, b)∨r(x))) 

(2)┐右移

⟺(∀x)(∃y)p(a, x, y)∧┐(∃x)((∀y)q(y, b)∨r(x)))

⟺(∀x)(∃y)p(a, x, y)∧(∀x)(┐(∀y)q(y, b)∧┐r(x)))

⟺(∀x)(∃y)p(a, x, y)∧(∀x)((∃y)┐q(y, b)∧┐r(x)))

(3)量詞左移

⟺(∀x)((∃y)p(a, x, y)∧((∃y)┐q(y, b)∧┐r(x)))

⟺(∀x)(∃y)(∃z)(p(a, x, y)∧┐q(z, b)∧┐r(x)))

⟺(∀x)(∃y)(∃z)m(a, b, x, y, z)

∀xf(x)∧∀yg(y)⟹∀xf(x)

∀xf(x)⟹∀xf(x)∨∀yg(y)

∀xa(x)∨∀xb(x)⟹∀x(a(x)∨b(x))

∃x(a(x)∧b(x))⟹∃xa(x)∧∃xb(x)

∀x(a(x)→b(x))⟹∀xa(x)→∀xb(x)以及∃xa(x)→∃xb(x)

p(y)⟹∀xp(x),其中y是論域中任意個體

意指如果任意個體y∈d都具有性質p,那麼d中所有個體x都具有性質p。 

該規則使用的條件是: 無論p(y)中自由出現的個體變項y取何值,p(y)應該為真;取代自由出現的y的x不能在p(y)中約束出現

例如(∃x)g(x, y)對任意給定的y都成立,不能通過全稱量詞引入變為(∀x)(∃x)g(x, x) 

∀xp(x)⟹p(y),其中y是論域中乙個體 

意指如果所有的x∈d都具有性質p,那麼d中任乙個體y必具有性質p

該規則使用的條件是:取代x的y應為任意的不在p(x)中約束出現的個體變項;用y取代p(x)中自由出現的x時,必須在x自由出現的一切地方進行取代

例如(∀x)(∃y)g(x, y)不能通過全稱量詞消去變為(∃y)g(y, y)  

p(a)⟹(∃x)p(x),其中a是論域中乙個體常項。

意指如果有個體常項a具有性質p,那麼(∃x)p(x)必真。 

該規則使用的條件是: a是特定的個體常項 ;取代a的x不在p(a)**現過 

(∃x)p(x)⟹p(a),其中a是論域中的乙個個體常項。

意指如果論域d中存在某個體具有性質p,那麼必有特定個體a具有該性質p。

該規則使用的條件是:a是使p為真的特定的個體常項;a不在p(x)**現;p(x)中沒有其它自由出現的個體變項;a是在推導中未曾使用過的

⭐例如(∃y)g(x, y)不能通過存在量詞消去變為g(x, a),因為哪個個體使其成立依賴於x,不是所有x都有同乙個a使得g(x, a)成立

例題:(1)(∃x)q(x) (前提引入)  

(2)(∃x)~q(x) (前提引入)  

(3)q(a) (對(1)的存在量詞消去)  

(4)┐q(a) (對(2)的存在量詞消去)  

(5)q(a)∧┐q(a) ((3)(4)合取)  

(6)(∃x)(q(x)∧┐q(x)) (存在量詞引入)  

錯誤之處:(4)中做的是存在量詞消去,a必須是在推導中未曾使用過的

例題:(1)(∀x)(p(x)→q(x)) (前提引入)  

(2) (∃x)p(x) (前提引入)  

(3)p(c)→q(c) (對(1)的全稱量詞消去)  

(4)p(c) (對(2)的存在量詞消去)  

(5)q(c) ((3)(4)假言推理)  

(6)(∃x)q(x) (存在量詞引入)  

錯誤之處:(4)中使p(c)成立的c不一定就是(3)中使p(c)→q(c) 成立的c

把(3)和(4)調換順序即可,全稱量詞消去時c可以任意取

例題:∃xp(x)→∀xq(x),求證∀x(p(x)→q(x))

證明:首先需要化為前束正規化以及進行置換

⟺┐∃xp(x)∨∀xq(x)

⟺∀x┐p(x)∨∀xq(x)

⟺∀x┐p(x)∨∀yq(y)

⟺∀x∀y(p(x)→q(y))

全稱量詞消去得∀y(p(z)→q(y)),其中z是論域中任意個體

全稱量詞消去得p(z)→q(z),其中z是論域中任意個體

全稱量詞引入得∀x(p(x)→q(x))

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