Логическая связка

Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Диаграмма Хассе логических связок.

В логике логическая связка (также называемая логическим оператором , промысловой связкой или промысловым оператором ) является логической константой . Связки можно использовать для соединения логических формул. Например в синтаксисе логики высказываний , бинарная связка может использоваться для объединения двух атомарных формул и , отображая сложную формулу .

Общие связки включают отрицание , дизъюнкция , соединение , импликация и эквивалентность . В стандартных системах классической логики эти связки интерпретируются как функции истинности они получают множество альтернативных интерпретаций , хотя в неклассической логике . Их классические интерпретации аналогичны значениям выражений естественного языка, таких как английские «не», «или», «и» и «если», но не идентичны. Несоответствия между связками естественного языка и связками классической логики мотивировали неклассические подходы к значению естественного языка, а также подходы, которые сочетают классическую композиционную семантику с устойчивой прагматикой .

Логическая связка похожа, но не эквивалентна синтаксису, обычно используемому в языках программирования и называемому условным оператором . [1] [ нужен лучший источник ]

Обзор [ править ]

В формальных языках функции истинности представлены однозначными символами. Это позволяет избежать двусмысленного понимания логических утверждений. Эти символы называются логическими связками , логическими операторами , пропозициональными операторами или, в классической логике , функционально-истинными связками . Правила, которые позволяют создавать новые правильно построенные формулы путем соединения других правильных формул с помощью функционально-истинных связок, см. в разделе « правильно сформированные формулы» .

Логические связки могут использоваться для связи нуля или более утверждений, поэтому можно говорить о n -арных логических связках . Булевы константы . True и False можно рассматривать как нулевые операторы Отрицание – это одноарная связка и так далее.

Символ, имя Правда
стол
Венн
диаграмма
Нулевые связки (константы)
Истина / тавтология 1
Ложь / противоречие 0
Унарные связки
 = 0 1
Предложение 0 1
¬ Отрицание 1 0
Бинарные связки
 = 0 1
 = 0 1 0 1
Предложение 0 0 1 1
Предложение 0 1 0 1
Соединение 0 0 0 1
Альтернативное отрицание 1 1 1 0
Дизъюнкция 0 1 1 1
Совместное отрицание 1 0 0 0
Материал условный 1 1 0 1
Эксклюзивный или 0 1 1 0
двуусловный 1 0 0 1
Обратная импликация 1 0 1 1
Больше информации

Список распространенных логических связок [ править ]

К наиболее часто используемым логическим связкам относятся следующие. [2]

  • Отрицание (нет) : , , (префикс), в котором является наиболее современным и широко используемым, и также используется многими людьми;
  • Союз (и) : , , (префикс), в котором является самым современным и широко используемым;
  • Дизъюнкция (или) : , (префикс), в котором является самым современным и широко используемым;
  • Вывод (если... то) : , , , (префикс), в котором является наиболее современным и широко используемым, и также используется многими людьми;
  • Эквивалентность (тогда и только тогда, когда) : , , , , (префикс), в котором является наиболее современным и широко используемым, и также может быть хорошим выбором по сравнению с обозначая импликацию так же, как к .

Например, смысл утверждений идет дождь (обозначается ) и я нахожусь в помещении (обозначается ) трансформируется, когда они объединены логическими связками:

  • Дождь не идет ( );
  • Идет дождь , а я дома ( );
  • Идет дождь или я дома ( );
  • Если идет дождь, то я в помещении( );
  • Если я в помещении, то идет дождь( );
  • Я нахожусь в помещении тогда и только тогда, когда идет дождь ( ).

Также принято считать, что всегда истинная формула и всегда ложная формула являются связными (в этом случае они являются нулевыми ).

  • Верная формула: , , (префикс) или ;
  • Неверная формула: , , (префикс) или .

В этой таблице обобщена терминология:

соединительный По-английски Существительные для частей Фразовый глагол
Соединение Оба а и Б соединение А и Б соединены
Дизъюнкция Либо А, либо Б, либо оба дизъюнктный А и Б разделены
Отрицание Дело не в том, что А отклонен А отрицается
Условный Если А, то Б предшествующий, последующий B подразумевается под A
двуусловный А тогда и только тогда, когда Б эквиваленты A и B эквивалентны

История обозначений [ править ]

  • Отрицание: символ появился в Хейтинге в 1930 г. [3] [4] (сравните с его символом ⫟ Фреге в Wortschrift [5] ); символ появился у Рассела в 1908 году; [6] Альтернативное обозначение — добавить горизонтальную линию поверх формулы, как в ; другое альтернативное обозначение - использовать простой символ, как в .
  • Союз: символ появился в Хейтинге в 1930 г. [3] (сравните с использованием Пеано теоретико-множественной записи пересечения [7] ); символ появился по крайней мере в Шёнфинкеле в 1924 году; [8] символ происходит от интерпретации Буля логики как элементарной алгебры .
  • Дизъюнкция: символ появился у Рассела в 1908 году [6] (сравните с использованием Пеано теоретико-множественной записи объединения ); символ также используется, несмотря на двусмысленность, связанную с тем, что обычной элементарной алгебры является исключительным или при логической интерпретации в двухэлементном кольце ; пунктуально в истории вместе с точкой в ​​правом нижнем углу использовал Пирс . [9]
  • Значение: символ появился у Гильберта в 1918 году; [10] : 76  использовался Расселом в 1908 году [6] (сравните с перевернутой C Пеано); появился у Бурбаки в 1954 году. [11]
  • Эквивалентность: символ во Фреге в 1879 году; [12] у Беккера в 1933 г. (не первый раз и об этом см. ниже); [13] появился у Бурбаки в 1954 году; [14] другие символы появлялись в истории пунктуально, например, в Генцене , [15] в Шенфинкеле [8] или в Шазале, [16]
  • Правда: символ происходит из интерпретации Буля логики как элементарной алгебры над двухэлементной булевой алгеброй ; другие обозначения включают (аббревиатура латинского слова «verum»), найденная в Пеано в 1889 году.
  • Ложь: символ происходит также из интерпретации Буля логики как кольца; другие обозначения включают (повернутый ), найденный в Пеано в 1889 году.

Некоторые авторы использовали буквы в качестве связок: для союза (немецкое «und» означает «и») и для дизъюнкции (немецкое «одер» вместо «или») в ранних работах Гильберта (1904); [17] для отрицания, для соединения, для альтернативного отрицания, для дизъюнкции, для импликации, для бикондиционала у Лукасевича в 1929 году.

Избыточность [ править ]

Такая логическая связка, как обратная импликация » «на самом деле то же самое, что и материальное условное выражение с замененными аргументами; таким образом, символ обратной импликации является избыточным. В некоторых логических исчислениях (особенно в классической логике ) некоторые существенно разные составные утверждения логически эквивалентны . Менее тривиальный пример избыточности является классической эквивалентностью между и . Следовательно, логическая система, основанная на классической логике, не нуждается в условном операторе « " если " «(нет) и» " (или) уже используются или могут использовать " «только как синтаксический сахар для сложного соединения, имеющего одно отрицание и одну дизъюнкцию.

Существует шестнадцать логических функций , связывающих входные значения истинности. и с четырехразрядными двоичными выходами. [18] Они соответствуют возможному выбору бинарных логических связок для классической логики . Различные реализации классической логики могут выбирать разные функционально полные подмножества связок.

Один из подходов состоит в том, чтобы выбрать минимальный набор и определить другие связки некоторой логической формой, как в примере с материальным условием выше. Ниже приведены минимальные функционально полные множества операторов классической логики, арность которых не превосходит 2:

Один элемент
, .
Два элемента
, , , , , , , , , , , , , , , , , .
Три элемента
, , , , , .

Другой подход заключается в использовании равноправных связок определенного удобного и функционально полного, но не минимального набора. Этот подход требует большего количества пропозициональных аксиом , и каждая эквивалентность между логическими формами должна быть либо аксиомой , либо доказуемой как теорема.

ситуация сложнее Однако в интуиционистской логике . Из пяти связок, {∧, ∨, →, ¬, ⊥}, только отрицание «¬» можно свести к другим связкам ( см. Ложь (логика) § Ложь, отрицание и противоречие подробнее ). Ни союз, ни дизъюнкция, ни материальный кондиционал не имеют эквивалентной формы, построенной из четырех других логических связок.

Естественный язык [ править ]

Стандартные логические связки классической логики имеют грубые эквиваленты в грамматиках естественных языков. В английском языке , как и во многих языках, такие выражения обычно представляют собой грамматические союзы . Однако они также могут принимать форму дополнений , глаголов суффиксов и частиц . Обозначения связок естественного языка — основная тема исследований в формальной семантике — области, изучающей логическую структуру естественных языков.

Значения связок естественного языка не совсем идентичны их ближайшим эквивалентам в классической логике. В частности, дизъюнкция может получить исключительную интерпретацию во многих языках. Некоторые исследователи восприняли этот факт как свидетельство естественного семантики неклассичности языка . Однако другие придерживаются классической семантики, постулируя прагматические концепции исключительности, которые создают иллюзию неклассичности. В таких подходах исключительность обычно трактуется как скалярная импликация . Связанные с дизъюнкцией головоломки включают в себя выводы о свободном выборе , ограничение Херфорда и вклад дизъюнкции в альтернативные вопросы .

Другие очевидные несоответствия между естественным языком и классической логикой включают парадоксы материальной импликации , ослиную анафору и проблему контрфактических кондиционалов . Эти явления были приняты в качестве мотивации для отождествления обозначений условных предложений естественного языка с логическими операторами, включая строгие условные , переменно строгие условные , а также различные динамические операторы.

В следующей таблице показаны стандартные классически определяемые приближения для английских связок.

Английское слово соединительный Символ Логические ворота
нет отрицание НЕТ
и соединение И
или дизъюнкция ИЛИ
если... тогда материальный смысл ПОДРАЗУМЕВАТЬ
...если обратная импликация
либо... либо исключительная дизъюнкция БЕСПЛАТНО
если и только если двуусловный ИСНО-ИЛИ
не оба альтернативное отрицание NAND
ни ни совместное отрицание НИ
но нет материальное отсутствие последствий ПРОСТОЙ

Свойства [ править ]

Некоторые логические связки обладают свойствами, которые могут быть выражены в теоремах, содержащих эту связку. Вот некоторые из тех свойств, которыми может обладать логическая связка:

Ассоциативность
Внутри выражения, содержащего две и более одинаковых ассоциативных связок подряд, порядок операций не имеет значения, пока не изменяется последовательность операндов.
Коммутативность
Операнды связки можно менять местами, сохраняя логическую эквивалентность исходному выражению.
Дистрибутивность
Связка, обозначенная ·, распределяется по другой связке, обозначенной +, если a · ( b + c ) = ( a · b ) + ( a · c ) для всех операндов a , b , c .
Идемпотентность
Если операнды операции одинаковы, соединение логически эквивалентно операнду.
Поглощение
Пара связок ∧, ∨ удовлетворяет закону поглощения, если для всех операндов a , b .
Монотонность
Если f ( a 1 , ..., a n ) ≤ f ( b 1 , ..., b n ) для всех a 1 , ..., a n , b 1 , ..., b n ∈ {0 ,1} такой, что 1 b 1 , a 2 b 2 , ..., a n bn a . Например, ∨, ∧, ⊤, ⊥.
Близость
Каждая переменная всегда влияет на истинное значение операции или никогда не влияет. Например, ¬, ↔, , ⊤, ⊥.
Двойственность
Прочитать истинностные присвоения для операции сверху вниз по ее таблице истинности — это то же самое, что взять дополнение чтения таблицы той же или другой связки снизу вверх. Не прибегая к таблицам истинности, его можно сформулировать как a 1 , ..., ¬ a n ) = ¬ g ( a 1 , ..., an n ) . Например, ¬.
Сохраняющий истину
То, что все эти аргументы являются тавтологиями, само по себе является тавтологией. Например, ∨, ∧, ⊤, →, ↔, ⊂ (см. достоверность ).
Сохраняющий ложь
Соединение всех этих аргументов является противоречием само по себе. Например, ∨, ∧, , ⊥, ⊄, ⊅ (см. справедливость ).
Инволютивность (для одинарных связок)
ж ( ж ( а )) знак равно а . Например, отрицание в классической логике.

Для классической и интуиционистской логики символ «=" означает, что соответствующие импликации «...→...» и «... ←...» для логических соединений могут быть доказаны как в виде теорем, так и символ «≤» означает, что «...→...» для логических соединений является следствием соответствующих связок «...→...» для пропозициональных переменных. Некоторые многозначные логики могут иметь несовместимые определения эквивалентности и порядка (следствия).

И конъюнкция, и дизъюнкция ассоциативны, коммутативны и идемпотентны в классической логике, большинстве разновидностей многозначной логики и интуиционистской логики. То же самое относится и к дистрибутивности конъюнкции над дизъюнкцией и дизъюнкции над конъюнкцией, а также к закону поглощения.

В классической логике и некоторых разновидностях многозначной логики конъюнкция и дизъюнкция двойственны, а отрицание самодвойственно, последнее самодвойственно и в интуиционистской логике.

Порядок приоритета [ править ]

Чтобы уменьшить количество необходимых круглых скобок, можно ввести правила приоритета : ¬ имеет более высокий приоритет, чем ∧, ∧ выше, чем ∨, и ∨ выше, чем →. Так, например, это сокращение от .

Вот таблица, показывающая часто используемый приоритет логических операторов. [19] [20]

Оператор Приоритет
1
2
3
4
5

Однако не все компиляторы используют один и тот же порядок; например, также использовался порядок, при котором дизъюнкция имеет более низкий приоритет, чем импликация или би-импликация. [21] Иногда приоритет между конъюнкцией и дизъюнкцией не указан, что требует явного указания его в данной формуле в скобках. Порядок старшинства определяет, какая связка является «основной» при интерпретации неатомарной формулы.

Информатика [ править ]

Истинно-функциональный подход к логическим операторам реализуется в виде логических элементов в цифровых схемах . Практически все цифровые схемы (основное исключение — DRAM ) построены из И-НЕ , ИЛИ- НЕ , НЕ и передающих вентилей ; Более подробную информацию см. в разделе « Функция истины в информатике» . Логические операторы над битовыми векторами (соответствующие конечным булевым алгебрам ) являются побитовыми операциями .

Но не каждое использование логической связки в компьютерном программировании имеет булевую семантику. Например, ленивое вычисление иногда реализуется для P Q и P Q , поэтому эти связки не являются коммутативными, если одно или оба выражения P , Q имеют побочные эффекты . Кроме того, условная связка , которая в некотором смысле соответствует материальной условной связке, по существу не является булевой, поскольку для if (P) then Q;, консеквент Q не выполняется, если антецедент P ложен (хотя соединение в целом является успешным ≈ «истина» в таком случае). Это ближе к интуиционистским и конструктивистским взглядам на материальное условное, а не к взглядам классической логики.

Таблица и диаграмма Хассе [ править ]

16 логических связок можно частично упорядочить , чтобы получить следующую диаграмму Хассе . Частичный порядок определяется заявлением, что тогда и только тогда, когда когда-либо держится, то так же

вход Авход Бвыход f(A,B)X и ¬XА и Б¬А и ББА и ¬БАА или БА или Б¬А и ¬БА хнор Б¬A¬А или Б¬BА или ¬В¬A или ¬BX или ¬X
X или ¬X¬A или ¬BА или ¬В¬А или БА или Б¬B¬AА или БА хнор БАБ¬А и ¬БА и ¬Б¬А и БА и БX и ¬X
  

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Зубчатое колесо. «В чем разница между логическим и условным /оператором/» . Переполнение стека . Проверено 9 апреля 2015 г.
  2. ^ Чао, К. (2023). Математическая логика: применение метода формализации [ Математическая логика: применение метода формализации ] (на китайском языке: Препринт, стр. 15–28).
  3. ^ Перейти обратно: а б Хейтинг, А. (1930). «Формальные правила интуиционистской логики». Протоколы заседаний Прусской академии наук, физико-математический класс (на немецком языке): 42–56.
  4. ^ Денис Рогель (2002), Краткий обзор логических обозначений XX века (см. таблицу на стр. 2).
  5. ^ Фреге, Г. (1879). Концептуальное письмо — формульный язык чистого мышления, созданный по образцу арифметики . Halle a/S: Издательство Louis Nebert. п. 10.
  6. ^ Перейти обратно: а б с Рассел (1908) Математическая логика, основанная на теории типов (American Journal of Mathematics 30, стр. 222–262, также в книге «От Фреге до Гёделя» под редакцией ван Хейеноорта).
  7. ^ Пеано (1889) Арифметические принципы, изложенные новым методом .
  8. ^ Перейти обратно: а б Шенфинкель (1924) «О строительных блоках математической логики» , переведенный как « О строительных блоках математической логики» в книге «От Фреге к Гёделю» под редакцией ван Хейеноорта.
  9. ^ Пирс (1867) Об улучшении логического исчисления Буля.
  10. ^ Гильберт, Д. (1918). Бернейс, П. (ред.). Принципы математики . Конспекты лекций в Геттингенском университете, зимний семестр, 1917–1918 гг .; Перепечатано как Гильберт, Д. (2013). «Принципы математики». В Эвальде, В.; Зиг, В. (ред.). Лекции Дэвида Гильберта по основам арифметики и логики 1917–1933 гг . Гейдельберг, Нью-Йорк, Дордрехт и Лондон: Springer. стр. 59–221.
  11. ^ Бурбаки, Н. (1954). Теория множеств . Париж: Hermann & Cie, Издательство. п. 14.
  12. ^ Фреге, Г. (1879). Концептуальное письмо, формульный язык чистого мышления, созданный по образцу арифметики (на немецком языке). Halle a/S: Издательство Louis Nebert. п. 15.
  13. ^ Беккер, А. (1933). Аристотелевская теория возможных замков: логико-филологическое исследование глав 13–22 «Analytica Priora I» Аристотеля (на немецком языке). Берлин: Юнкер и Dünnhaupt Verlag. п. 4.
  14. ^ Бурбаки, Н. (1954). Теория множеств (на французском языке). Париж: Hermann & Cie, Издательство. п. 32.
  15. ^ Генцен (1934) Исследования логических рассуждений .
  16. ^ Чазал (1996): Элементы формальной логики.
  17. ^ Гильберт, Д. (1905) [1904]. «Об основах логики и арифметики». В Кразере, К. (ред.). Материалы Третьего международного конгресса математиков в Гейдельберге с 8 по 13 августа 1904 года . стр. 174–185.
  18. ^ Боченский (1959), Точность математической логики , проход.
  19. ^ О'Доннелл, Джон; Холл, Корделия; Пейдж, Рекс (2007), Дискретная математика с использованием компьютера , Springer, с. 120, ISBN  9781846285981 .
  20. ^ Аллен, Колин; Хэнд, Майкл (2022). Букварь по логике (3-е изд.). Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN  978-0-262-54364-4 .
  21. ^ Джексон, Дэниел (2012), Абстракции программного обеспечения: логика, язык и анализ , MIT Press, стр. 263, ISBN  9780262017152 .

Источники [ править ]

Внешние ссылки [ править ]