Логика зависимости
Логика зависимости — это логический формализм, созданный Йоуко Вяэняненом . [1] который добавляет атомы зависимости в язык логики первого порядка . Атом зависимости представляет собой выражение вида , где являются членами и соответствует утверждению, что значение от функционально зависит значений .
Логика зависимостей — это логика несовершенной информации , такая как логика кванторов ветвления или логика, дружественная к независимости (логика IF): другими словами, ее теоретико-игровая семантика может быть получена из семантики логики первого порядка путем ограничения доступности информации для игроков, тем самым допуская нелинейно упорядоченные модели зависимости и независимости между переменными. Однако логика зависимости отличается от этих логик тем, что она отделяет понятия зависимости и независимости от понятия количественной оценки .
Синтаксис
[ редактировать ]Синтаксис логики зависимости является расширением синтаксиса логики первого порядка. Для фиксированной сигнатуры σ = ( S func , S rel , ar) набор всех корректно сформированных формул логики зависимостей определяется согласно следующим правилам:
Условия
[ редактировать ]Термины в логике зависимости определяются точно так же, как и в логике первого порядка .
Атомные формулы
[ редактировать ]В логике зависимостей существует три типа атомарных формул:
- — Реляционный атом это выражение формы для любого n -арного отношения в нашей подписи и для любого n -кортежа термов ;
- Атом равенства является выражением формы , для любых двух членов и ;
- Атом зависимости представляет собой выражение вида , для любого и для любого n -кортежа термов .
Ничто иное не является атомарной формулой логики зависимости.
Атомы отношения и равенства также называются атомами первого порядка .
Сложные формулы и предложения
[ редактировать ]Для фиксированной сигнатуры σ множество всех формул логики зависимостей и соответствующих им наборов свободных переменных определяются следующим образом:
- Любая атомарная формула это формула, и – множество всех входящих в него переменных;
- Если это формула, так что и ;
- Если и являются формулами, так что и ;
- Если это формула и это переменная, также является формулой и .
Ничто не является формулой логики зависимости, если оно не может быть получено путем конечного числа применений этих четырех правил.
Формула такой, что это предложение логики зависимости.
Соединение и универсальная количественная оценка
[ редактировать ]В приведенном выше представлении синтаксиса логики зависимости конъюнкция и универсальная квантификация не рассматриваются как примитивные операторы; скорее, они определяются в терминах отрицания и, соответственно, дизъюнкции и экзистенциальной квантификации посредством законов Де Моргана .
Поэтому, воспринимается как сокращение для , и воспринимается как сокращение для .
Семантика
[ редактировать ]Семантика команды для логики зависимости является вариантом композиционной семантики Уилфрида Ходжеса для логики IF . [2] [3] Существует эквивалентная теоретико-игровая семантика для логики зависимостей как в терминах несовершенных информационных игр, так и в терминах совершенных информационных игр.
Команды
[ редактировать ]Позволять — структура первого порядка и пусть быть конечным набором переменных. Тогда команда над A с областью V это набор заданий над A с областью V , то есть набор функций µ из V в A. —
Может быть полезно визуализировать такую команду как связь с базой данных с атрибутами. и только с одним типом данных, соответствующим домену A структуры: например, если команда X состоит из четырех заданий с доменом тогда это можно представить как отношение
Положительное и отрицательное удовлетворение
[ редактировать ]Семантику команды можно определить в терминах двух отношений. и между структурами, командами и формулами.
Учитывая структуру , команда над ним и формула логики зависимости чьи свободные переменные содержатся в области определения , если мы говорим это это козырь для в , и мы пишем это ; и аналогично, если мы говорим это является козырем для в , и мы пишем это .
Если можно также сказать, что удовлетворен положительно в , а если вместо этого можно сказать, что удовлетворен отрицательно в .
Необходимость отдельного рассмотрения положительного и отрицательного удовлетворения является следствием того, что в логике зависимости, как и в логике кванторов ветвления или в логике ЕСЛИ , закон исключенного третьего не выполняется; в качестве альтернативы можно предположить, что все формулы находятся в нормальной форме отрицания , используя отношения Де Моргана, чтобы определить количественную оценку универсальности и конъюнкцию из экзистенциальной количественной оценки и дизъюнкции соответственно, и рассматривать только положительное удовлетворение.
Учитывая предложение , мы говорим, что верно в тогда и только тогда, когда , и мы говорим, что является ложным в тогда и только тогда, когда .
Семантические правила
[ редактировать ]Что касается случая отношения выполнимости Альфреда Тарского для формул первого порядка, положительные и отрицательные отношения выполнимости командной семантики для логики зависимости определяются структурной индукцией по формулам языка. Поскольку оператор отрицания меняет местами положительную и отрицательную выполнимость, две индукции, соответствующие и необходимо выполнять одновременно:
Положительная выполнимость
[ редактировать ]- тогда и только тогда, когда
- является n -арным символом в подписи ;
- Все переменные, встречающиеся в терминах находятся в сфере ;
- Для каждого задания , оценка кортежа в соответствии с находится в интерпретации в ;
- тогда и только тогда, когда
- Все переменные, встречающиеся в терминах и находятся в сфере ;
- Для каждого задания , оценки и в соответствии с одинаковы;
- тогда и только тогда, когда любые два присваивания чьи оценки кортежа совпадают, присвоить одно и то же значение ;
- тогда и только тогда, когда ;
- тогда и только тогда, когда существуют команды и такой, что
- ;
- ;
- тогда и только тогда, когда существует функция от в область такой, что , где .
Отрицательная выполнимость
[ редактировать ]- тогда и только тогда, когда
- является n -арным символом в подписи ;
- Все переменные, встречающиеся в терминах находятся в сфере ;
- Для каждого задания , оценка кортежа в соответствии с дело не в интерпретации в ;
- тогда и только тогда, когда
- Все переменные, встречающиеся в терминах и находятся в сфере ;
- Для каждого задания , оценки и в соответствии с разные;
- тогда и только тогда, когда пустая команда;
- тогда и только тогда, когда ;
- тогда и только тогда, когда и ;
- тогда и только тогда, когда , где и является областью .
Логика зависимости и другая логика
[ редактировать ]Логика зависимостей и логика первого порядка
[ редактировать ]Логика зависимостей — это консервативное расширение логики первого порядка: [4] другими словами, для каждого предложения первого порядка и структура у нас есть это тогда и только тогда, когда верно в согласно обычной семантике первого порядка. первого порядка Более того, для любой формулы , тогда и только тогда, когда все задания удовлетворить в согласно обычной семантике первого порядка.
Однако логика зависимости строго более выразительна, чем логика первого порядка: [5] например, предложение
верно в модели тогда и только тогда, когда область определения этой модели бесконечна, даже если нет формулы первого порядка имеет это свойство.
Логика зависимости и логика второго порядка
[ редактировать ]Каждое предложение логики зависимости эквивалентно некоторому предложению в экзистенциальном фрагменте логики второго порядка . [6] то есть к некоторому предложению второго порядка вида
где не содержит кванторов второго порядка. И наоборот, каждое предложение второго порядка в приведенной выше форме эквивалентно некоторому предложению логики зависимости. [7]
Что касается открытых формул, логика зависимости соответствует монотонному вниз фрагменту экзистенциальной логики второго порядка в том смысле, что непустой класс команд можно определить с помощью формулы логики зависимости тогда и только тогда, когда соответствующий класс отношений монотонен вниз и определим. по экзистенциальной формуле второго порядка. [8]
Логика зависимостей и кванторы ветвления
[ редактировать ]Кванторы ветвления выражаются через атомы зависимости: например, выражение
эквивалентно предложению логики зависимости в том смысле, что первое выражение истинно в модели тогда и только тогда, когда истинно второе выражение.
И наоборот, любое предложение логики зависимости эквивалентно некоторому предложению в логике кванторов ветвления, поскольку все экзистенциальные предложения второго порядка выражаются в логике кванторов ветвления. [9] [10]
Логика зависимости и логика ЕСЛИ
[ редактировать ]Любое предложение логики зависимости логически эквивалентно некоторому предложению логики ЕСЛИ и наоборот. [11]
Однако проблема становится более тонкой, когда речь идет об открытых формулах. Переводы между логикой ЕСЛИ и формулами логики зависимостей и наоборот существуют до тех пор, пока область определения команды фиксирована: другими словами, для всех наборов переменных. и все логические формулы ЕСЛИ со свободными переменными в существует логическая формула зависимости такой, что
для всех структур и для всех команд с доменом , и наоборот, для каждой формулы логики зависимости со свободными переменными в существует логическая формула ЕСЛИ такой, что
для всех структур и для всех команд с доменом . Эти переводы не могут быть композиционными. [12]
Характеристики
[ редактировать ]Формулы логики зависимостей замкнуты вниз : если и затем . Более того, пустая команда (но не команда, содержащая пустое задание) удовлетворяет всем формулам логики зависимости, как положительно, так и отрицательно.
Закон исключенного третьего не работает в логике зависимости: например, формула не удовлетворен ни положительно, ни отрицательно командой . Более того, дизъюнкция не идемпотентна и не распространяется на конъюнкцию. [13]
И теорема о компактности , и теорема Левенхайма – Скулема верны для логики зависимостей. Интерполяционная теорема Крейга также справедлива, но из-за характера отрицания в логике зависимостей в несколько измененной формулировке: если две формулы логики зависимостей и противоречивы оба , то есть никогда не бывает, чтобы и выполняются в той же модели, то существует первого порядка предложение в общем языке из двух предложений так, что подразумевает и противоречит . [14]
Что касается логики ЕСЛИ, [15] логика зависимости может определять свой собственный оператор истинности: [16] точнее, существует формула такой, что для каждого предложения логики зависимостей и всех моделей удовлетворяющие аксиомам Пеано , если это Гёделя число затем
- тогда и только тогда, когда
Это не противоречит теореме о неопределимости Тарского , поскольку отрицание логики зависимости не является обычным противоречивым.
Сложность
[ редактировать ]Как следствие теоремы Феджина , свойства конечных структур, определяемых Логическое предложение зависимости точно соответствует свойствам NP . Более того, Дюран и Континен показали, что ограничение числа кванторов всеобщности или арности атомов зависимости в предложений порождает теоремы иерархии относительно выразительной силы. [17]
Проблема несогласованности логики зависимостей полуразрешима и фактически эквивалентна проблеме несогласованности логики первого порядка. Однако проблема принятия решения для логики зависимостей не является арифметической и фактически является полной по отношению к класс иерархии Леви . [18]
Варианты и расширения
[ редактировать ]Командная логика
[ редактировать ]Командная логика [19] расширяет логику зависимости противоречивым отрицанием . Его выразительная сила эквивалентна силе полной логики второго порядка. [20]
Логика модальной зависимости
[ редактировать ]Атом зависимости или его подходящий вариант можно добавить в язык модальной логики , получив таким образом логику модальной зависимости . [21] [22] [23]
Логика интуиционистской зависимости
[ редактировать ]В действительности логика зависимости лишена смысла. Интуиционистский вывод , название которого происходит от сходства между его определением и определением импликации интуиционистской логики , можно определить следующим образом: [24]
- тогда и только тогда, когда для всех такой, что он утверждает, что .
Интуиционистская логика зависимости, то есть логика зависимости, дополненная интуиционистской импликацией, эквивалентна логике второго порядка. [25]
Логика независимости
[ редактировать ]Вместо атомов зависимости логика независимости добавляет к языку логики первого порядка атомы независимости. где , и представляют собой кортежи терминов. Семантика этих атомов определяется следующим образом:
- тогда и только тогда, когда для всех с существует такой, что , и .
Логика независимости соответствует экзистенциальной логике второго порядка в том смысле, что непустой класс команд можно определить с помощью формулы логики независимости тогда и только тогда, когда соответствующий класс отношений можно определить с помощью экзистенциальной формулы второго порядка. [26] Следовательно, на уровне открытых формул логика независимости строго сильнее по выразительной силе, чем логика зависимости. Однако на уровне предложений эти логики эквивалентны. [27]
Логика включения/исключения
[ редактировать ]Логика включения/исключения расширяет логику первого порядка атомами включения. и исключающие атомы где в обеих формулах и представляют собой кортежи терминов одинаковой длины. Семантика этих атомов определяется следующим образом:
- тогда и только тогда, когда для всех существует такой, что ;
- тогда и только тогда, когда для всех он утверждает, что .
Логика включения/исключения обладает той же выразительной силой, что и логика независимости, уже на уровне открытых формул. [28] Логика включения и логика исключения получаются путем добавления только атомов включения или атомов исключения к логике первого порядка соответственно. Предложения инклюзивной логики по своей выразительной силе соответствуют предложениям наибольшей логики с фиксированной точкой; следовательно, логика включения охватывает (наименьшую) логику фиксированной точки на конечных моделях и PTIME на конечных упорядоченных моделях. [29] Логика исключения, в свою очередь, соответствует логике зависимости по выразительной силе. [30]
Обобщенные кванторы
[ редактировать ]Другой способ расширения логики зависимости — добавить в язык логики зависимости несколько обобщенных кванторов. Совсем недавно было проведено исследование логики зависимостей с монотонными обобщенными кванторами. [31] и логика зависимости с определенным квантором большинства, что приводит к новой описательной характеристике сложности иерархии подсчета. [32]
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Вяэнянен 2007 г.
- ^ Ходжес 1997
- ^ Вяэнянен 2007, §3.2
- ^ Вяэнянен 2007, §3.2
- ^ Вяэнянен 2007, §4
- ^ Вяэнянен 2007, §6.1
- ^ Вяэнянен 2007, §6.3
- ^ Континен и Вяэнянен 2009 г.
- ^ Эндертон 1970
- ^ Уоко 1970
- ^ Вяэнянен 2007, §3.6
- ^ Континен и Вяэнянен, 2009 г.
- ^ Вяэнянен 2007, §3
- ^ Вяэнянен 2007, §6.2
- ^ Хинтикка 2002
- ^ Вяэнянен 2007, §6.4
- ^ Дюран и Континенталь
- ^ Вяэнянен 2007, §7
- ^ Вяэнянен 2007, §8
- ^ Континен и Нурми, 2009 г.
- ^ Семь окон 2009 г.
- ^ Вяэнянен 2008 г.
- ^ Ломанн и Фоллмер, 2010 г.
- ^ Абрамский и Вяэнянен, 2009 г.
- ^ Ян 2010
- ^ Галлиани, 2012 г.
- ^ Гредель и Вяананен
- ^ Галлиани, 2012 г.
- ^ Галлиани и Хелла 2013
- ^ Галлиани, 2012 г.
- ^ Энгстрем
- ^ Дюран, Эббинг, Континен, Фоллмер, 2011 г.
Ссылки
[ редактировать ]- Абрамский, Самсон и Вяэнянен, Йоуко (2009), «От IF к BI». Синтез 167 (2): 207–230.
- Дюран, Арно; Эббинг Йоханнес; Континен, Юха и Фоллмер Хериберт (2011), « Логика зависимости с квантором большинства ». ФСТТС 2011: 252-263.
- Дюран, Арно и Континен, Юха, « Иерархии в логике зависимостей ». Транзакции ACM по вычислительной логике, 2012.
- Эндертон, Герберт Б. (1970), «Конечные частично упорядоченные кванторы». З. Математика. Logik Grundlagen Math., 16: 393–397.
- Энгстрем, Фредрик, « Обобщенные кванторы в логике зависимостей ». журнал логики, языка и информации . Появится
- Галлиани, Пьетро (2012), « Включение и исключение в командной семантике - о некоторой логике несовершенной информации ». Анналы чистой и прикладной логики 163 (1): 68-84.
- Галлиани, Пьетро и Хелла, Лаури (2013), « Логика включения и логика фиксированной точки ». Proceedings of Computer Science Logic 2013 (CSL 2013), Международные труды Лейбница по информатике (LIPIcs) 23, 281-295.
- Гредель, Эрих и Вяэнянен, Йоуко, « Зависимость и независимость ». Студия Логика, появится.
- Хинтикка, Яакко (2002), « Возвращение к принципам математики », ISBN 978-0-521-62498-5 .
- Ходжес, Уилфрид (1997), « Композиционная семантика языка несовершенной информации ». Логический журнал IGPL 5: 539–563.
- Континен, Юха и Нурми, Вилле (2009), «Командная логика и логика второго порядка». В книге «Логика, язык, информация и вычисления» , стр. 230–241.
- Континен, Юха и Вяэнянен, Йоуко (2009), «Об определимости в логике зависимости». Журнал логики, языка и информации 18 (3): 317–332.
- Континен, Юха и Вяэнянен, Йоуко (2009), « Замечание об отрицании логики зависимости ». Журнал формальной логики Нотр-Дам , 52(1):55-65, 2011.
- Ломанн, Питер и Фоллмер, Гериберт (2010), «Результаты сложности для логики модальных зависимостей». В конспектах лекций по информатике , стр. 411–425.
- Севенстер, Мерлин (2009), « Теоретико-модельные и вычислительные свойства логики модальных зависимостей ». Журнал логики и вычислений 19 (6): 1157–1173.
- Вяэнянен, Йоуко (2007), « Логика зависимости — новый подход к логике, дружественной к независимости », ISBN 978-0-521-87659-9 .
- Вяэнянен, Йоуко (2008), « Логика модальной зависимости ». Новые перспективы логики и взаимодействия, стр. 237–254.
- Уолко, Уилбур Дж. (1970), «Конечная частично упорядоченная количественная оценка ». Журнал символической логики , 35: 535–575.
- Ян, Фан (2010), «Выражение предложений второго порядка в интуиционистской логике зависимостей». Зависимость и независимость в логических разбирательствах, стр. 118–132.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Галлиани, Пьетро. «Логика зависимости» . В Залте, Эдвард Н. (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии .
- Специальный выпуск Studia Logica «Зависимость и независимость в логике» , содержащий ряд статей по логике зависимостей.
- Презентации на коллоквиуме Академии логики зависимости, Амстердам, 2014 г.