Logika monoidalna t-normy

W logice matematycznej , monoidalna logika oparta na t-normach (lub w skrócie MTL ), logika t-norm ciągłych w lewo , jest jedną z logik rozmytych t-norm . Należy do szerszej klasy logiki podstrukturalnej lub logiki sieci resztkowych ; rozszerza logikę przemiennych ograniczonych integralnych krat resztkowych (znanych jako logika monoidalna Höhle'a, FL ew Ono lub logika intuicjonistyczna bez kontrakcji) o aksjomat prelinearności.

Motywacja

W logice rozmytej zamiast uznawać zdania za prawdziwe lub fałszywe, łączymy każde stwierdzenie z liczbowym zaufaniem do tego stwierdzenia. Zgodnie w przedziale jednostkowym , gdzie maksymalna pewność klasycznej koncepcji prawdy, a minimalna pewność

T-normy to funkcje binarne w rzeczywistym przedziale jednostek [0, 1], które w logice rozmytej są często używane do reprezentowania spójnika koniunkcyjnego ; za przypisujemy odpowiednio stwierdzeniom i i t-norm obliczyć pewność przypisane do zdania złożonego „ i '. T-norma spełniać

przemienność asocjatywność
( monotoniczność
- jeśli i do to i
mając 1 jako element tożsamości .

Szczególnie nieobecna na tej liście jest właściwość idempotencji za ; najbliższy jest taki, że . Może wydawać się dziwne, że jesteśmy mniej pewni siebie i niż po prostu ale generalnie chcemy pozwolić, aby pewność siebie była w połączonym ' b być mniejsze niż zarówno pewność siebie ZA jak i pewność siebie za w , a następnie porządkowanie według monotoniczności wymaga za . Innym sposobem na to jest to, że norma t może uwzględniać tylko ufności jako liczby, a nie przyczyny, które mogą leżeć za przypisaniem tych ufności; w związku z tym nie może traktować inaczej niż „ i , gdzie jesteśmy równie pewni obu .

Ponieważ symbol jego zastosowanie w teorii jest bardzo ściśle powiązany z właściwością idempotentności, przydatne może być przełączenie się na inny symbol dla koniunkcji, który niekoniecznie jest idempotentny . W tradycji logiki rozmytej czasami używa się „silnego” koniunkcji, ale ten artykuł jest zgodny z logiki podstrukturalnej polegającą na używaniu silnego zatem przypisujemy stwierdzeniu (wciąż czytane „ b być może z„ silnym lub „multiplikatywny” jako kwalifikacja „i”).

spójnik , chce się kontynuować z innymi spójnikami. Jednym ze sposobów na to jest wprowadzenie negacji jako mapy odwracającej kolejność , a następnie zdefiniowanie pozostałych spójników za pomocą praw De Morgana , implikacja materialna i tym podobne. Problem polega na tym, że wynikowe logiki mogą mieć niepożądane właściwości: mogą być zbyt bliskie logice klasycznej lub odwrotnie, nie obsługiwać oczekiwanych reguł wnioskowania . Alternatywą, która sprawia, że ​​​​konsekwencje różnych wyborów są bardziej przewidywalne, jest zamiast tego kontynuowanie implikacji drugiego łącznika: jest to ogólnie najczęstszy łącznik w aksjomatyzacjach logiki i ma bliższe powiązania z aspektami logiki niż większość innych spójników. Pewny odpowiednik spójnika implikacji może być w rzeczywistości zdefiniowana bezpośrednio jako reszta t-normy.

Logiczny związek między koniunkcją a implikacją zapewnia coś tak fundamentalnego, jak reguła wnioskowania modus ponens : od i następuje . W przypadku logiki rozmytej, który jest bardziej rygorystycznie zapisany jako , ponieważ to wyraźnie pokazuje, że nasze zaufanie do przesłanek jest tutaj takie, że w w osobno . Więc jeśli b są naszymi zwierzeniami w i odpowiednio, to za jest poszukiwaną pewnością w i to połączone zaufanie do . Tego wymagamy

ponieważ nasza pewność do być mniejsza niż nasza pewność stwierdzeniu z którego logicznie wynika. To ogranicza szukaną pewność i jednym ze sposobów przekształcenia w operację binarną, taką jak , byłoby uczynienie go tak dużym, jak to możliwe, przy jednoczesnym przestrzeganiu tego ograniczenia: ∗ {\ displaystyle \ Rightarrow b}

.

Biorąc Displaystyle daje , zawsze niepustego zbioru ograniczonego, a zatem dobrze zdefiniowanego. Dla ogólnej normy t pozostaje możliwość, że ma nieciągłość skoku w punkcie , w takim przypadku w wychodzić znacznie większy niż, że zdefiniowany jako najmniejsza górna granica s spełniająca ; aby temu zapobiec i aby prace budowlane przebiegały zgodnie z oczekiwaniami, wymagamy, aby norma t w lewo . Resztę t-normy ciągłej w lewo można zatem scharakteryzować jako najsłabszą funkcję, która sprawia, że ​​rozmyty modus ponens jest ważny, co czyni ją odpowiednią funkcją prawdy do implikacji w logice rozmytej.

operacja jest resztą t-normy , jeśli dla wszystkich Displaystyle , spełnia

wtedy i tylko wtedy, gdy .

Ta równoważność porównań numerycznych odzwierciedla równoważność implikacji

wtedy i tylko wtedy, gdy

to istnieje, ponieważ każdy dowód z przekształcić w dowód z przesłanki ZA do wykonując dodatkowy krok wprowadzania implikacji i odwrotnie, każdy dowód z przesłanki można przekształcić w dowód z przesłanki , wykonując dodatkowy krok eliminacji implikacji ZA . Ciągłość lewostronna normy t jest warunkiem koniecznym i wystarczającym, aby zależność między koniunkcją t-normową a jej implikacją resztkową była zachowana.

Funkcje prawdziwościowe dalszych spójników zdaniowych można zdefiniować za pomocą t-normy i jej residuum, na przykład negacji resztkowej W ten sposób norma t ciągła w lewo, jej reszta i funkcje prawdy dodatkowych spójników zdaniowych (patrz sekcja Standardowa semantyka poniżej) określają wartości prawdziwości złożonych formuł zdaniowych w [0, 1]. Następnie wywoływane są formuły, których wynikiem jest zawsze 1 tautologie lewostronnej do danej t- lub Zbiór wszystkich jest logiką t-normy ponieważ te wzory reprezentują prawa logiki rozmytej (określone przez -norm), które obowiązują (do stopnia 1) niezależnie od stopni prawdziwości wzorów atomowych . Niektóre formuły są tautologiami w odniesieniu do wszystkich t-norm ciągnących w lewo: reprezentują ogólne prawa logiki rozmytej zdań, które są niezależne od wyboru określonej t-normy ciągłej w lewo. Wzory te tworzą logikę MTL, którą można zatem scharakteryzować jako logikę t-norm ciągłości w lewo.

Składnia

Język

Język logiki zdaniowej MTL składa się z przeliczalnie wielu zmiennych zdaniowych i następujących spójników logicznych pierwotnych :

  • Implikacja ( binarnie )
  • Silny spójnik ). Znak & jest bardziej tradycyjną notacją dla silnego połączenia w literaturze dotyczącej logiki rozmytej, podczas gdy notacja jest tradycją logiki podstrukturalnej.
  • Słaby spójnik ), zwany także spójnikiem kratowym (jak zawsze jest realizowany przez operację kratową spotkania w semantyce algebraicznej). W przeciwieństwie do BL i silniejszych logik rozmytych, słabe koniunkcje nie są definiowalne w MTL i muszą być zaliczane do prymitywnych spójników.
  • Dół ( nullary - stała zdaniowa ; lub są powszechnymi alternatywnymi tokenami, a zero jest wspólną alternatywną nazwą dla stałej zdaniowej (jako stałe dno i zero logiki podstrukturalnej pokrywają się w MTL).

Poniżej przedstawiono najczęściej definiowane spójniki logiczne:

  • Równoważność (binarna), zdefiniowana jako
W MTL definicja jest równoważna
  • (Słaba) dysjunkcja (binarna), zwana także dysjunkcją kratową (ponieważ jest zawsze realizowana przez operację łączenia w sieci w semantyce algebraicznej), zdefiniowany jako
  • Góra także jedynką i oznaczony przez lub (ponieważ stałe top i zero logiki podstrukturalnej pokrywają się , zdefiniowane jako

Dobrze sformułowane formuły MTL są definiowane jak zwykle w logice zdań . Aby uniknąć nawiasów, często stosuje się następującą kolejność pierwszeństwa:

  • Spójniki jednoargumentowe (wiążą się najściślej)
  • Spójniki binarne inne niż implikacja i równoważność
  • Implikacja i równoważność (wiążą się najbardziej luźno)

Aksjomaty

System odliczeń w stylu Hilberta dla MTL został wprowadzony przez Estevę i Godo (2001). Jego jedyną regułą wyprowadzania jest modus ponens :

z i wyprowadzić

Oto jego schematy aksjomatów :

podstawowej logiki rozmytej Hájka BL. Aksjomaty (MTL4a)–(MTL4c) zastępują aksjomat podzielności (BL4) z BL. Aksjomaty (MTL5a) i (MTL5b) wyrażają prawo rezyduacji, a aksjomat (MTL6) odpowiada warunkowi prelinearności. Wykazano, że aksjomaty (MTL2) i (MTL3) oryginalnego systemu aksjomatycznego są redundantne (Chvalovský, 2012) i (Cintula, 2005). Wszystkie pozostałe aksjomaty okazały się niezależne (Chvalovský, 2012).

Semantyka

Podobnie jak w innych logikach rozmytych z normą zdań t , semantyka algebraiczna jest głównie używana w MTL, z trzema głównymi klasami algebr , względem których logika jest kompletna :

  • Semantyka ogólna , utworzona ze wszystkich algebr MTL - to znaczy wszystkich algebr, dla których logika jest rozsądna
  • Semantyka liniowa , utworzona ze wszystkich liniowych algebr MTL - to znaczy wszystkich algebr MTL, których porządek sieci jest liniowy
  • Semantyka standardowa , utworzona ze wszystkich standardowych algebr MTL - to znaczy wszystkich algebr MTL, których reduktem kratowym jest rzeczywisty przedział jednostkowy [0, 1] w zwykłym porządku; są jednoznacznie określone przez funkcję, która interpretuje silną koniunkcję, którą może być dowolna lewostronnie ciągła norma t

Semantyka ogólna

algebry MTL

Algebry, dla których logika MTL jest rozsądna, nazywane są algebrami MTL. Można je scharakteryzować jako przedliniowe przemienne ograniczone integralne kraty resztkowe. Bardziej szczegółowo, struktura algebraiczna algebrą MTL,

  • jest ograniczoną siatką z górnym elementem 0 i dolnym elementem 1
  • jest monoidem przemiennym
  • parę przylegającą to znaczy i tylko wtedy, gdy gdzie jest rzędem kraty dla wszystkich x , y i z w ( warunek resztkowy )
  • obowiązuje dla wszystkich x i y w L ( warunek przedliniowości )

Ważnymi przykładami algebr MTL są standardowe algebry MTL na rzeczywistym przedziale jednostek [0, 1]. Dalsze przykłady obejmują wszystkie algebry Boole'a , wszystkie algebry liniowe Heytinga (obie z wszystkie algebry MV , wszystkie BL itp. Ponieważ warunek resztkowy można równoważnie wyrazić , MTL-algebry tworzą odmianę .

Interpretacja logiki MTL w algebrach MTL

Spójniki MTL są interpretowane w algebrach MTL w następujący sposób:

  • Silne połączenie przez operację monoidalną
  • Implikacja operację (która nazywa się resztą }
  • przez operacje kratowe ( zwykle oznaczane tymi samymi symbolami co spójniki, jeśli nie może dojść
  • Stałe prawdy zero (góra) i jeden (dół) przez stałe 0 i 1
  • Spójnik równoważności jest interpretowany przez operację zdefiniowaną jako
Ze względu na warunek nieliniowości ta definicja jest równoważna taki, który używa zamiast więc
  • Negacja jest interpretowana przez definiowalną operację

Przy takiej interpretacji spójników każda ocena e v zmiennych zdaniowych w L jednoznacznie rozciąga się na ocenę e wszystkich dobrze sformułowanych formuł MTL, przez następującą definicję indukcyjną (która uogólnia warunki prawdziwości Tarskiego ), dla dowolnych formuł A , B , i dowolna zmienna zdaniowa p :

Nieformalnie wartość logiczna 1 reprezentuje pełną prawdę, a wartość logiczna 0 reprezentuje pełny fałsz; pośrednie wartości prawdy reprezentują pośrednie stopnie prawdy. Zatem formuła jest uważana za w pełni prawdziwą przy ocenie e , jeśli e ( A ) = 1. Mówi się, że formuła A jest ważna w algebrze MTL L , jeśli jest w pełni prawdziwa przy wszystkich ocenach w L , to znaczy, jeśli e ( A ) = 1 dla wszystkich ocen e w L . Niektóre formuły (np. p p ) są ważne w dowolnej algebrze MTL; są to tak zwane tautologie MTL.

Pojęcie implikacji globalnej (lub: globalnej konsekwencji ) jest zdefiniowane dla MTL w następujący sposób: zestaw formuł Γ pociąga za sobą formułę A (lub: A jest globalną konsekwencją Γ) w symbolach jeśli dla dowolnego obliczenia e w dowolnej algebrze MTL, gdy e ( B ) = 1 dla wszystkich wzorów B w Γ, to także e ( A ) = 1. Nieformalnie globalna relacja konsekwencji reprezentuje transmisję pełnej prawdy w dowolnej algebrze MTL wartości logicznych.

Ogólne twierdzenia o słuszności i zupełności

Logika MTL jest rozsądna i kompletna w odniesieniu do klasy wszystkich algebr MTL (Esteva i Godo, 2001):

Formuła jest dowodliwa w MTL wtedy i tylko wtedy, gdy jest ważna we wszystkich algebrach MTL.

Pojęcie algebry MTL jest w rzeczywistości tak zdefiniowane, że algebry MTL tworzą klasę wszystkich algebr, dla których logika MTL jest uzasadniona. Ponadto silne twierdzenie o kompletności posiada:

Formuła A jest globalną konsekwencją w MTL zbioru formuł Γ wtedy i tylko wtedy, gdy A można wyprowadzić z Γ w MTL.

Semantyka liniowa

Podobnie jak algebry dla innych logik rozmytych, algebry MTL mają następującą właściwość rozkładu liniowego pośredniego :

Każda algebra MTL jest podrzędnym iloczynem liniowo uporządkowanych algebr MTL.

( Iloczyn podrzędny jest podalgebrą iloczynu bezpośredniego , tak że wszystkie odwzorowania odwzorowań surjekcyjne . Algebra MTL jest uporządkowana liniowo , jeśli jej porządek w sieci jest liniowy ).

W konsekwencji właściwości liniowego rozkładu pośredniego wszystkich algebr MTL, twierdzenie o zupełności w odniesieniu do algebr liniowych MTL (Esteva i Godo, 2001) zachodzi:

  • Formuła jest dowodliwa w MTL wtedy i tylko wtedy, gdy jest ważna we wszystkich algebrach liniowych MTL.
  • Formuła A jest wyprowadzalna w MTL ze zbioru formuł Γ wtedy i tylko wtedy, gdy A jest globalną konsekwencją we wszystkich liniowych algebrach MTL Γ.

Standardowa semantyka

Standardowe nazywane są tymi MTL-algebrami, których redukcją kratową jest rzeczywisty przedział jednostkowy [0, 1]. Są one jednoznacznie określone przez funkcję o wartościach rzeczywistych, która interpretuje silną koniunkcję, którą może być dowolna norma . Standardowa algebra MTL określona przez lewostronną normę t oznaczana przez W jest reprezentowana przez resztę koniunkcji i alternatywy odpowiednio przez minimum i maksimum, a stałe prawdy odpowiednio zero i przez liczby rzeczywiste 0 i 1.

Logika MTL jest kompletna w odniesieniu do standardowych algebr MTL; fakt ten wyraża standardowe twierdzenie o zupełności (Jenei i Montagna, 2002):

Formuła jest dowodliwa w MTL wtedy i tylko wtedy, gdy jest ważna we wszystkich standardowych algebrach MTL.

Ponieważ MTL jest kompletny w odniesieniu do standardowych algebr MTL, które są określone przez t-normy ciągłe lewostronnie, MTL jest często określane jako logika t-norm lewostronnych (podobnie jak BL jest logiką t-norm ciągłych lewostronnych ).

Bibliografia

  • Hájek P., 1998, Metamatematyka logiki rozmytej . Dordrecht: Kluwer.
  • Esteva F. i Godo L., 2001, „Monoidalna logika oparta na t-normach: w kierunku logiki t-norm ciągnących się w lewo”. Zbiory i systemy rozmyte 124 : 271–288.
  • Jenei S. & Montagna F., 2002, „Dowód standardowej kompletności monooidalnej logiki MTL Estevy i Godo”. Studia Logica 70 : 184–192.
  • Ono, H., 2003, „Logiki podstrukturalne i sieci resztkowe - wprowadzenie”. W FV Hendricks, J. Malinowski (red.): Trends in Logic: 50 Years of Studia Logica, Trends in Logic 20 : 177–212.
  • Cintula P., 2005, „Krótka notatka: O redundancji aksjomatu (A3) w BL i MTL”. Soft Computing 9 : 942.
  • Cintula P., 2006, „Słabo implikatywne (rozmyte) logiki I: Podstawowe właściwości”. Archiwum logiki matematycznej 45 : 673–704.
  • Chvalovský K., 2012, „ O niezależności aksjomatów w BL i MTL ”. Zbiory i systemy rozmyte 197 : 123–129, doi : 10.1016/j.fss.2011.10.018 .
  1. Bibliografia _
  2. ^ Przypuszczane przez Estevę i Godo, którzy wprowadzili logikę (2001), udowodnione przez Jenei i Montagna (2002).
  3. ^ Hájek (1998), Definicja 2.2.4.
  4. ^ Dowód lematu 2.3.10 w Hájek (1998) dla algebr BL można łatwo dostosować do pracy również dla algebr MTL.
  5. ^ Ogólny dowód silnej kompletności w odniesieniu do wszystkich L -algebr dla dowolnej logiki słabo implikatywnej L (która obejmuje MTL) można znaleźć w Cintula (2006).
  6. ^ Cyntula (2006).