自然推理系统的出发点除了语言部分与公理系统相同外,只是一些用模式给出的推理规则.FPC系统的推理规则分两类,它们是:结构规则和逻辑联结词规则.
1.结构规则
(1)Hyp(假设引入规则)
这条规则允许:按需要随时可引入一个假设.
(2)Rep(重复规则)
这条规则允许:在一个假设下出现的公式(包括假设)可重复出现.
(3)Reit(重述规则)
这条规则允许:在一个假设下出现的公式(包括假设)可在随后的假设下重复出现.
这些规则可图示如图3-1。
图3-1
2.逻辑联结词规则
(1)→+(→引入) 如果在α的假设下,可得到β,则可推出α→β.
(2)→-(→消去) 从α和α→β可推出β.
(3)∨+(∨引入) 从α可推出α∨β;从α可推出β∨α.
(4)∨-(∨消去) 从α∨β,α→γ和β→γ可推出γ.
(5)∧+(∧引入) 从α和β可推出α∧β.
(6)∧-(∧消去) 从α∧β可推出α;从α∧β可推出β.
(7)↔+(↔引入) 从α→β和β→α可推出α↔β.
(8)↔-(↔消去) 从α↔β和α可推出β;从α↔β和β可推出α.或者从α↔β可推出α→β;从α↔β可推出β→α.
(9)⇁(⇁规则) 如果在⇁α的假设下,可得到β和⇁β,则可推出α.
这些规则的图示如图3-2.
图3-2
→+规则可记作:若αβ,则α→β.实际上,应该记作若α,则→β.在不引起混淆的情况下,我们略去下标FPC,以下均同.这条规则表示:如果要证明形状为α→β的公式,则可先假设α,再证由α可推出β.如果实现了这一步,则可说α→β得证.这是演绎推理中的演绎定理.
→-规则可记作:α→β,αβ.它表示:由α→β和α,可得β.这反映了演绎推理中的假言推理原则.(www.daowen.com)
∨+规则可记作:αα∨β,αβ∨α.它表示:由α可得α∨β;由α可得β∨α.这是演绎推理中选言推理的反映.
∨-规则可记作:α→γ,β→γ,α∨βγ.它表示:如果要证明α∨β可推出γ,还要证α和β分别可推出γ.实现了这一步,才可以说α∨β推出γ.这是演绎推理中二难推理的反映.
∧+规则可记作:α,βα∧β.即从α和β能得出α∧β.这是演绎推理中联言推理的反映.它表示:从α和β真可得α∧β真.
∧-规则可记作:α∧βα,α∧ββ.它也叫联言分解式,表示由α∧β可得α,也可得β.这也是演绎推理中联言推理的反映.
↔+规则可记作:α→β,β→αα↔β.它表示由α→β和β→α可得α↔β.这是演绎推理中既充分又必要的条件,是充分必要条件.
↔-规则可记作:α↔βα→β,α↔ββ→α.它表示由α↔β可得α→β和β→α.这反映了演绎推理中的充分必要条件既是充分条件又是必要条件.
⇁规则可记作:若⇁αβ,⇁β,则α.它表示在⇁α的假设下,如果得出一对矛盾的公式,则可消去⇁α得到α.这一规则也就是反消规则.它反映了演绎推理中的反证法.
上述九条规则又可以分为两类:一类直接表示前提和结论之间的推理关系,如→-规则表示:从前提α→β和α可推出结论β.这一类规则称为第一类规则.另一类规则不是直接表示前提和结论之间的推理关系,而是说如果某个推理关系成立,则另一个推理关系也成立,如→+规则表示:如果推理关系αβ成立,则α→β也成立.这一类规则称为第二类规则.
FPC系统的一个证明就是依上述两类规则构造出来的一系列公式.如果一个证明结束于某个假设下,则称该证明为假设性证明(即在每个假设下,并未都用了⇁规则或→+规则).否则,称该证明为非假设性证明.当公式α是某个非假设性证明的最后一步时,称α是(形式)可证的公式,或称α是FPC的定理,记作α,并称该证明为α的一个(形式)证明.
下面我们将以PC系统的四条公理为例,说明FPC系统中可证公式的证明方法.
例4.1 在FPC中,证明α∨α→α.
证明
例4.2 在FPC中,证明α→α∨β.
证明
例4.3 在FPC中,证明α∨β→β∨α.
证明
例4.4 在FPC中,证明(β→γ)→(α∨β→α∨γ).
证明
从上面的4个例子可以看出,FPC的一个证明是利用上述规则构造出来的一个有穷公式序列.一个证明中每个假设下的一系列公式(包括假设)称为该证明的一个子证明.每个子证明的开始用一横一竖标出(即,它起括号的作用).横线的右边是该子证明的假设,竖线画到该子证明的最后一个公式的上端,表示整个非假设性证明(即不是终止于某个假设下的证明)的那个横上为空(没有公式),标志无假设.在例④中,从α∨β到α∨γ的一列公式是在假设β→γ下的一个子证明,从α到α∨γ和从β到α∨γ是在假设α∨β下的两个子证明。但是,从α到α→α∨β的一列公式和从β和β→α∨γ的一列公式构成两个非假设性证明。同样,从α∨β到α∨β→α∨γ和从β→γ到(β→γ)→(α∨β→α∨γ)也都是非假设性证明.每个子证明的标志分别依次右移.作出几个可能的假设时,这些假设下的子证明排在一列.
从本章第三节和第四节看出,PC系统和FPC系统形式各异,两个系统中的“可证公式”的意义也不相同.但我们能够证明:FPC系统中的可证公式也是PC系统中的可证公式;反之,PC系统中的可证公式也是FPC系统中的可证公式.在这个意义上,命题演算的自然推理系统FPC和公理系统PC是等价的.等价性证明留在下一章完成.
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