Александр Соловьев - ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА БЕЗ ФОРМУЛ
Интересно посмотреть, как ведут себя кванторы в присутствии операции отрицания. Возьмем отрицание предиката "ВСЕ любят кашу": "НЕ ВЕРНО, что ВСЕ любят кашу". Это равносильно (по закону Де Моргана!) заявлению: "НЕКОТОРЫЕ НЕ любят кашу. То есть отрицание"задвинули" за квантор, в результате чего квантор сменился на противоположный.
А теперь сделаем одно из самых важных заявлений:
ИЗ ФОРМАЛИЗОВАННЫХ ЯЗЫКОВ МАТЕМАТИКИ ЯЗЫК ПРЕДИКАТОВ – САМЫЙ БЛИЗКИЙ К ЕСТЕСТВЕННОМУ. Поэтому работы по искусственному интеллекту тяготеют к использованию этого языка. В сравнении с естественным, это очень во многих смыслах ограниченный язык. Но лучшего за 100 лет не придумано, если не считать так называемого «синтаксического сахара», когда вместо соответствующей символики используются, например, слова естественного языка. (Вроде того, как мы пытаемся это делать).
В хорошо формализованных системах даже наоборот, дополнительно ограничивают этот язык для удобной реализации на компьютерах. Примером тому язык (логического) программирования
ПРОЛОГ – ПРОграммирование на ЛОГике.
Так вот, язык предикатов наследует пороки языка логики высказываний, которые обуславливают изначальное несоответствие естественного и логического языков.
На языке предикатов можно описать далеко не все, хотя и многое. Но даже в этом ограниченном пространстве подчас приходится применять хитрости и уловки, которые бы больше пристали ремеслу или искусству. Хотя об'яснения, в конце концов, обычно бывают строго формальные.
Вот некоторые «классические примеры».
Если мы желаем сказать на языке предикатов «Все студенты отличники», то рекомендуется конструкция
"ДЛЯ ВСЕХ иксов справедливо: ЕСЛИ икс студент, ТО икс отличник"
Но если хотим сказать «Некоторые студенты отличники», то это следует записать
"ДЛЯ НЕКОТОРЫХ иксов справедливо: икс студент И икс отличник" Конструкция ЕСЛИ…, ТО в данном случае не подходит. И вот почему: стоит затесаться в компанию одному иксу-нестуденту и он сделает этот предикат истинным, даже если там нет ни одного отличника!
И еще высказывание «Собакам и кошкам вход воспрещен».
Конструкция
"ДЛЯ ВСЕХ иксов справедливо: ЕСЛИ икс – собака И икс – кошка, ТО иксу вход запрещен"
Ясно что таких иксов, которые бы были одновременно собакой и кошкой не существует! Как, впрочем, и таких игреков. Поэтому
" ДЛЯ ВСЕХ иксов справедливо: ЕСЛИ икс – собака ИЛИ икс – кошка, ТО иксу вход запрещен"
И список таких фокусов-выкрутасов можно продолжать долго. До бесконечности. Но, главное, во-время остановиться и понять, что если бы даже придумать другую логику, в которой не было бы этих проблем, то получится логика, в которой будут другие проблемы, скорее всего существенно большие. А мы даже не трогали таких заморочек, присущих естественным языкам, как синонимы, омонимы, метафоры, гиперболы и т.д и т.п. Одни идиомы, кто знает, чего стоят!… Так что «братания» языка логики с естественным языком не предвидится и в самой отдаленной перспективе, даже когда планета Земля начнет остывать…
Лекция 10. АКСИОМАТИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ
Если алгебра логики и дает образец логического мышления, то уж очень специфический. Строгие логические рассуждения и близко от такого образца не лежали. Создавать (абсолютно) строгие логические (то есть абсолютно логичные) системы позволяет дедуктивный подход. Не путать с «дедуктивным методом» Шерлока Холмса. У Холмса, или скорее у Конан-Дойля, явно были проблемы с логикой, коль скоро он путал дедукцию с индукцией…
ДЕДУКТИВНЫЙ подход, называемый еще АКСИОМАТИЧЕСКИМ, это подход от общего к частному. От аксиом (постулатов) к теоремам (следствиям). Аксиоматическая теория строго задана, если строго сформулирован (задан) язык теории, ее аксиомы и правила вывода. Стоит хотя бы в одной из этих трех составляющих «дать слабину» и строгой теории как не бывало!
Знаменитая (одна из первых) аксиоматическая теория – геометрия Эвклида худо-бедно обеспечила строгость только в одном компоненте – в постулатах. Но язык, на котором проводятся доказательства в геометрии даже через тысячелетия, как и строгость самих доказательств не выдерживают критики. Это не более, чем неоднозначный метафорическо-аллегорический язык и правдоподобные рассуждения. Потому-то нередки случаи, когда опровергаются «доказанные» теоремы. Собственно, почти вся математика, за исключением сравнительно малюсенького раздела из логики аксиоматических систем, покоится (лучше звучит – зиждется) на правдоподобных рассуждениях и порядочности доказывающих.
Так что образцовая безупречно строгая теория задается на языке предикатных формул. (Мы здесь зареклись использовать формулы, поэтому остается полагаться на собственную честность).
Аксиомами об'являются некоторые из формул. В жизни мы также об'являем законами (аксиомами) не все фразы, которые можно ввернуть в той или иной ситуации, а лишь некоторые, которые мы решили считать таковыми… Законы (Аксиомы) это вопрос веры, а иногда целесообразности. Они недоказуемы! Если доказуемы, то это уже теоремы!
Существование Бога недоказуемо! Иначе это была бы теорема. А из каких, простите, более первичных понятий такую «теорему» выводить прикажете?!…
Закон всемирного тяготения недоказуем. Мы просто ему поверили, поскольку надоело проводить эксперименты по падению тел, в ожидании, когда с ними произойдет что-нибудь оригинальное.
Выводы в теории тоже следует формализовать, поскольку каждому в жизни встречались люди, которые «убедительно» доказывали какую-нибудь чушь.
Кстати, самое знаменитое правило вывода в математической логике (modus ponens) удручает своей очевидностью и даже примитивностью. Проиллюстрировать его можно так: Пусть в системе есть утверждения
"ЕСЛИ хорошая погода, ТО мы гуляем" и
«Хорошая погода» тогда в соответствии с modus ponens выводимо утверждение
«Мы гуляем»
При всей своей примитивности это правило вывода имеет решающее достоинство. Оно очевидно для всех. Очевиднее не бывает! А если в системе есть еще и утверждение:
"ЕСЛИ мы гуляем, ТО обязательно заблудимся" то с учетом ранее выведенного
«Мы гуляем» получим
«Обязательно заблудимся»
Видите, как далеко можно зайти маленькими очевидными шажками! Существует много и других правил вывода, но все имеют обязательное свойство – очевидность. Эта очевидность позволяет далее использовать эти правила абсолютно формально. То есть результат вычисляется. Такие символьные вычисления называются ИСЧИСЛЕНИЯМИ.
Есть еще один подход к аксиоматике, когда основной упор делается именно на правила вывода. Такие системы (почему-то) называются системами естественного вывода, намекая на то, что в них собраны базовые естественные правила логических рассуждений.
Логики резвились меж собой до тех пор, пока не был сформулирован подход к созданию аксиоматических систем под названием ПРИНЦИП (МЕТОД) РЕЗОЛЮЦИ. Он очень способствовал продвижению логики в широкие народные массы.
С одной стороны, активизировались работы по использованию компьютеров для реализации логического вывода и работы по искусственному интеллекту в частности. А с другой стороны, на этой основе был создан язык ПРОЛОГ.
Это совсем другое программирование, нежели традиционное процедурное. Это даже не программирование в обычном смысле слова, коль скоро здесь программист не пишет алгоритм решения задачи. Он описывает логические зависимости «мира», в котором существует задача. На основе описанной логики «мира» система (машина) сама создает алгоритм в процессе поиска решения!
Это только кажется, что аксиоматические системы – это сложно. Любой может напридумывать их сколько угодно. Более простым делом вам вряд ли приходилось заниматься.
Например, в качестве языка можно об'явить любые «слова» из последовательности буквы Я.
Букву Я об'явим аксиомой.
Правило вывода будет удваивать букву Я.
То есть сходу придумана теория, в которой выводимы любые последовательности (слова), состоящие из буквы Я.
Я ЯЯ ЯЯЯ… ЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯЯ…
И все бы хорошо, только такая строго заданная теория мало что дает создателю, кроме радости созидания. Поэтому встает вопрос целесообразности, смысла. Той самой семантики… Здесь логики заняли очень(!) интересную позицию.
Коль скоро логика не интересуется смыслом высказываний, а лишь их истинностью, то ее (истинность) и об'явили смыслом высказываний. Вдумайтесь, смысл высказывания, например, «Газ при нагревании расширяется» не в том, что это отражение физического закона, а в том что оно истинно. Следовательно, точно такой же смысл(!) имеет высказывание «Никита Михалков – кинорежиссер». То есть его смысл в том, что оно тоже истинное.
