Jump to content

Векторная логика

Векторная логика [1] [2] алгебраическая модель элементарной логики, основанная на матричной алгебре . Векторная логика предполагает, что значения истинности отображаются на векторах и что монадические и диадические операции выполняются матричными операторами. «Векторная логика» также использовалась для обозначения представления классической логики высказываний в виде векторного пространства . [3] [4] в которых единичные векторы являются пропозициональными переменными . Логику предикатов можно представить как однотипное векторное пространство, в котором оси представляют буквы предикатов. и . [5] В векторном пространстве логики высказываний начало представляет ложное F, а бесконечная периферия представляет истинное T, тогда как в пространстве логики предикатов начало представляет «ничто», а периферия представляет бегство из ничего или «нечто». ".

Классическая бинарная логика представлена ​​небольшим набором математических функций, зависящих от одной (монадической) или двух (диадических) переменных. В двоичном наборе значение 1 соответствует true , а значение 0 — false . Двузначная векторная логика требует соответствия между истинностными значениями true (t) и false (f) и двумя q -мерными нормализованными с действительными значениями векторами-столбцами s и n , следовательно:

    и    

(где — произвольное натуральное число, а «нормализованный» означает, что длина вектора равна 1; обычно s и n — ортогональные векторы). Это соответствие порождает пространство векторных значений истинности: V 2 = { s , n }. Основные логические операции, определенные с использованием этого набора векторов, приводят к матричным операторам.

Операции векторной логики основаны на скалярном произведении - мерных q векторов-столбцов: : ортонормальность между векторами s и n означает, что если , и если , где .

Монадические операторы

[ редактировать ]

Монадические операторы являются результатом применения , а связанные матрицы имеют q строк и q столбцов. Два основных монадических оператора для этой двузначной векторной логики — это тождество и отрицание :

  • Идентичность : логический идентификатор идентификации ( p ) представлен матрицей . Эта матрица работает следующим образом: Ip = p , p V 2 ; из-за ортогональности s относительно n мы имеем и аналогично . Важно отметить, что эта единичная матрица векторной логики обычно не является единичной матрицей в смысле матричной алгебры.
  • Отрицание : логическое отрицание ¬ p представлено матрицей Следовательно, Ns = n и Nn = s . Инволютивное p поведение логического отрицания, а именно то, что ¬(¬ ) равно p , соответствует тому факту, что N 2 = Я.

Диадические операторы

[ редактировать ]

16 двузначных диадических операторов соответствуют функциям типа ; двоичные матрицы имеют q 2 строк и q столбцов.Матрицы, выполняющие эти диадические операции, основаны на свойствах произведения Кронекера . Два свойства этого произведения существенны для формализма векторной логики:

  1. Смешанное свойство продукта

    Если A , B , C и D — матрицы такого размера, что можно образовать матричные произведения AC и BD , то

  2. Дистрибутивное транспонирование. Операция транспонирования является дистрибутивной по произведению Кронекера:

Используя эти свойства, можно получить выражения для функций диадической логики:

  • Соединение . Соединение ( p q ) выполняется матрицей, которая действует на два векторных значения истинности: .Эта матрица воспроизводит особенности классической таблицы истинности конъюнкции в ее формулировке:
и проверяет
и
в результате чего
и
  • Импликация . Импликация соответствует в классической логике выражению p q ≡ ¬ p q . Версия этой эквивалентности с векторной логикой приводит к матрице, которая представляет это импликацию в векторной логике: . Явное выражение этой импликации таково:
и выполняются свойства классической импликации:
и
с
и
Исключительное или является отрицанием эквивалентности, ¬( p q ); это соответствует матрице данный
с и

Матрицы S и P соответствуют операциям Шеффера (NAND) и Пирса (NOR) соответственно:

Числовые примеры

[ редактировать ]

Вот численные примеры некоторых основных логических элементов, реализованных в виде матриц для двух разных наборов двумерных ортонормированных векторов для s и n .

Набор 1 :

В этом случае тождественными и отрицательными операторами являются тождественная и антидиагональная тождественные матрицы:

а матрицы конъюнкции, дизъюнкции и импликации имеют вид

соответственно.


Набор 2 :


Здесь единичный оператор является единичной матрицей, но оператор отрицания больше не является антидиагональной единичной матрицей:

Результирующие матрицы конъюнкции, дизъюнкции и импликации:

соответственно.

Закон де Моргана

[ редактировать ]

В двузначной логике операции конъюнкции и дизъюнкции удовлетворяют закону Де Моргана : p q ≡¬(¬ p ∨¬ q ) и двойственному ему закону: p q ≡¬(¬ p ∧¬ q )). Для двузначной векторной логики этот закон также проверяется:

, где u и v — два логических вектора.

Произведение Кронекера подразумевает следующую факторизацию:

Тогда можно доказать, что в двумерной векторной логике закон Де Моргана является законом, касающимся операторов, а не только законом, касающимся операций: [6]

Закон противопоставления

[ редактировать ]

В классическом исчислении высказываний закон противопоставления p q ≡ ¬ q → ¬ p доказывается, поскольку эквивалентность справедлива для всех возможных комбинаций истинностных значений p и q . [7] Вместо этого в векторной логике закон противопоставления возникает из цепочки равенств в рамках правил матричной алгебры и произведений Кронекера, как показано ниже:

Этот результат основан на том факте, что D , матрица дизъюнкции, представляет собой коммутативную операцию.

Многозначная двумерная логика

[ редактировать ]

Многозначная логика была разработана многими исследователями, в частности Яном Лукасевичем , и позволяет расширять логические операции на истинностные значения, включающие неопределенности. [8] В случае двузначной векторной логики неопределенности в значениях истинности могут быть введены с использованием векторов с s и n, взвешенными по вероятностям.

Позволять , с быть такого рода «вероятностными» векторами. Здесь многозначный характер логики вводится апостериорно через неопределенности, вносимые во входные данные. [1]

Скалярные проекции векторных выходов

[ редактировать ]

Результаты этой многозначной логики можно проецировать на скалярные функции и генерировать особый класс вероятностной логики, схожей с многозначной логикой Райхенбаха. [9] [10] [11] Учитывая два вектора и и диадическая логическая матрица скалярно-вероятностная логика обеспечивается проекцией на вектор s :

Вот основные результаты этих прогнозов:

Соответствующие отрицания:

Если скалярные значения принадлежат множеству {0, 1 / 2 , 1} эта многозначная скалярная логика для многих операторов почти идентична 3-значной логике Лукасевича. Также было доказано, что когда монадические или диадические операторы действуют над вероятностными векторами, принадлежащими этому набору, выход также является элементом этого набора. [6]

Квадратный корень из НЕ

[ редактировать ]

Этот оператор изначально был определен для кубитов в рамках квантовых вычислений . [12] [13] В векторной логике этот оператор можно расширить для произвольных ортонормированных значений истинности. [2] [14] На самом деле из НЕ есть два квадратных корня:

, и
,

с . и являются комплексно-сопряженными: , и обратите внимание, что , и . Еще один интересный момент — аналогия с двумя квадратными корнями из -1. Положительный корень соответствует , и отрицательный корень соответствует ; как следствие, .

Ранние попытки использовать линейную алгебру для представления логических операций можно отнести к Пирсу и Копиловишу . [15] особенно в использовании логических матриц для интерпретации исчисления отношений .

Этот подход был вдохновлен моделями нейронных сетей , основанными на использовании многомерных матриц и векторов. [16] [17] Векторная логика представляет собой прямой перевод классических булевых многочленов в матрично-векторный формализм . [18] Этот вид формализма был применен для разработки нечеткой логики в терминах комплексных чисел . [19] Другие матричные и векторные подходы к логическому исчислению были разработаны в рамках квантовой физики , информатики и оптики . [20] [21]

Индийский известных биофизик Г. Н. Рамачандран разработал формализм с использованием алгебраических матриц и векторов для представления многих операций классической джайнской логики, как Сьяд и Саптбханги; см . индийскую логику . [22] Он требует независимых утвердительных доказательств для каждого утверждения в предложении и не делает предположения о бинарном дополнении.

Булевы полиномы

[ редактировать ]

Джордж Буль установил развитие логических операций как многочленов. [18] В случае монадических операторов (таких как тождество или отрицание ), булевы полиномы выглядят следующим образом:

Четыре разные монадические операции являются результатом разных двоичных значений коэффициентов. Для операции тождества требуются f (1) = 1 и f (0) = 0, а отрицание происходит, если f (1) = 0 и f (0) = 1. Для 16 двоичных операторов булевы полиномы имеют вид:

Диадические операции могут быть переведены в этот полиномиальный формат, когда коэффициенты f принимают значения, указанные в соответствующих таблицах истинности . Например: операция NAND требует, чтобы:

и .

Эти булевы полиномы можно немедленно расширить на любое количество переменных, создавая большое потенциальное разнообразие логических операторов.В векторной логике матрично-векторная структура логических операторов представляет собой точный перевод в формат линейной алгебры этих булевых многочленов, где x и 1− x соответствуют векторам s и n соответственно (то же самое для y и 1− y ). В примере NAND f (1,1) = n и f (1,0) = f (0,1) = f (0,0) = s , и версия матрицы становится:

Расширения

[ редактировать ]
  • Векторную логику можно расширить, включив в нее множество значений истинности, поскольку векторные пространства большой размерности позволяют создавать множество ортогональных значений истинности и соответствующие логические матрицы. [2]
  • Логические модальности могут быть полностью представлены в этом контексте с помощью рекурсивных процессов, вдохновленных нейронными моделями . [2] [23]
  • Некоторые когнитивные проблемы, связанные с логическими вычислениями, можно проанализировать с помощью этого формализма, в частности, рекурсивные решения. Любое логическое выражение классического исчисления высказываний может быть естественным образом представлено древовидной структурой . [7] Этот факт сохраняется в векторной логике и частично используется в нейронных моделях, ориентированных на исследование разветвленной структуры естественных языков. [24] [25] [26] [27] [28] [29]
  • Вычисления с помощью обратимых операций, таких как вентиль Фредкина, могут быть реализованы в векторной логике. Такая реализация предоставляет явные выражения для матричных операторов, которые создают входной формат и выходную фильтрацию, необходимую для получения вычислений. [2] [6]
  • Элементарные клеточные автоматы можно анализировать с использованием операторной структуры векторной логики; этот анализ приводит к спектральному разложению законов, управляющих его динамикой. [30] [31]
  • дискретное дифференциальное и интегральное исчисление . Кроме того, на основе этого формализма разработано [32]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Мизраджи, Э. (1992). Векторная логика: матрично-векторное представление логического исчисления. Нечеткие множества и системы, 50, 179–185.
  2. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Мизраджи, Э. (2008) Векторная логика: естественное алгебраическое представление фундаментальных логических элементов. Журнал логики и вычислений, 18, 97–121.
  3. ^ Вестфаль Дж. и Харди Дж. (2005) Логика как векторная система. Журнал логики и вычислений, 751–765.
  4. ^ Вестфаль, Дж. Колфилд, Х. Дж. Харди, Дж. и Цянь, Л. (2005) Доказательство теорем оптической векторной логики. Материалы совместной конференции по информационным системам, фотонике, сетям и вычислительной технике.
  5. ^ Вестфаль, Дж (2010). Применение векторной теории к силлогистической логике. Новые перспективы на площади Оппозиции, Берн, Питер Ланг.
  6. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Мизраджи, Э. (1996) Операторы векторной логики. Ежеквартальный журнал «Математическая логика», 42, 27–39.
  7. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Суппес, П. (1957) Введение в логику, Ван Ностранд Рейнхольд, Нью-Йорк.
  8. ^ Лукасевич, Дж. (1980) Избранные произведения. Л. Борковски, изд., стр. 153–178. Северная Голландия,Амстердам, 1980 г.
  9. ^ Решер, Н. (1969) Многозначная логика. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк
  10. ^ Бланше, Р. (1968) Введение в современную логику, Арман Колен, Париж
  11. ^ Клир, Г.Дж., Юань, Г. (1995) Нечеткие множества и нечеткая логика. Прентис-Холл, Нью-Джерси
  12. ^ Хейс, Б. (1995) Квадратный корень из НЕ. Американский учёный, 83, 304–308.
  13. ^ Дойч Д., Экерт А. и Лупаккини Р. (2000) Машины, логика и квантовая физика. Бюллетень символической логики, 6, 265–283.
  14. ^ Мизраджи, Э. (2020). Векторная логика допускает контрфактическую виртуализацию с помощью квадратного корня NOT, Logic Journal IGPL. Онлайн-версия ( два : 10.1093/jigpal/jzaa026 )
  15. ^ Копиловиш, И.М. (1948) Матричное развитие исчисления отношений. Журнал символической логики, 13, 193–203.
  16. ^ Кохонен, Т. (1977) Ассоциативная память: системно-теоретический подход. Спрингер-Верлаг, Нью-Йорк
  17. ^ Мизраджи, Э. (1989) Контекстно-зависимые ассоциации в линейно распределенных воспоминаниях . Бюллетень математической биологии, 50, 195–205.
  18. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Буль, Г. (1854) Исследование законов мышления, на которых основаны теории логики и вероятностей. Макмиллан, Лондон, 1854 г.; Дувр, Нью-Йоркское издание, 1958 г.
  19. ^ Дик, С. (2005) На пути к сложной нечеткой логике. Транзакции IEEE в нечетких системах, 15,405–414, 2005 г.
  20. ^ Миттельштадт, П. (1968) Философские проблемы современной физики, Библиографический институт, Мангейм
  21. ^ Стерн, А. (1988) Матричная логика: теория и приложения. Северная Голландия, Амстердам
  22. ^ Джайн, М.К. (2011) Логика выводов, основанных на фактических данных, Current Science, 1663–1672, 100
  23. ^ Мизраджи, Э. (1994) Модальности векторной логики. Архивировано 11 августа 2014 г. в Wayback Machine . Журнал формальной логики Нотр-Дама, 35, 272–283.
  24. ^ Мизраджи, Э., Лин, Дж. (2002) Динамика логических решений. Физика Д, 168–169, 386–396.
  25. ^ Бейм Грабен, П., Поттаст, Р. (2009). Обратные задачи динамического когнитивного моделирования. Хаос, 19, 015103
  26. ^ Бейм Грабен, П., Пиноцис, Д., Сэдди, Д., Поттаст, Р. (2008). Языковая обработка с динамическими полями. Когн. Нейродин., 2, 79–88.
  27. ^ Бейм Грабен, П., Герт, С., Васишт, С. (2008) К моделям динамических систем языковых потенциалов мозга. Когн. Нейродин., 2, 229–255.
  28. ^ Бейм Грабен, П., Герт, С. (2012) Геометрические представления минималистских грамматик. Журнал логики, языка и информации, 21, 393–432.
  29. ^ Бинацци, А. (2012) Логическое познание и ментальные модели. Исследования в области образования, 1–2012, с. 69–84
  30. ^ Мизраджи, Э. (2006) Части и целое: исследование того, как взаимодействие простых подсистем порождает сложность. Международный журнал общих систем, 35, стр. 395–415.
  31. ^ Аррути, К., Мизраджи, Э. (2006) Скрытые возможности. Международный журнал общих систем, 35, 461–469.
  32. ^ Мизраджи, Э. (2015) Дифференциальное и интегральное исчисление для логических операций. Матрично-векторный подход Journal of Logic and Computation 25, 613-638, 2015 г.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 2fb430751239208c4092bc0ef2354f2c__1718916840
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/2f/2c/2fb430751239208c4092bc0ef2354f2c.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Vector logic - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)