信息安全数学基础PPT讲稿.ppt
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1、信息安全数学基础信息安全数学基础第1页,共42页,编辑于2022年,星期四一阶语言一阶语言L L n n一阶语言一阶语言L L 是经典谓词(一阶)逻辑的形式语言是经典谓词(一阶)逻辑的形式语言n n一阶语言一阶语言L L 是符号的集合是符号的集合n n个体符号:个体符号:a b c a b c n n关系符号:关系符号:F G H F G H 特别的,特别的,n n函数符号:函数符号:f g h f g h n n自由变元符号:自由变元符号:u v w u v w n n约束变元符号:约束变元符号:x y z x y z n n联结符号:联结符号:n n量词符号:量词符号:n n标点符号:(标
2、点符号:(,)n n注意:在一阶语言中没有命题符号。注意:在一阶语言中没有命题符号。n n一阶语言一阶语言L L 的含义本质上不涉及语义,而只有语法。的含义本质上不涉及语义,而只有语法。第2页,共42页,编辑于2022年,星期四表达式表达式n n表达式:L 中有限个符号组成的字符串n n表达式的长度:表达式中的符号数目n n空表达式:长度为0的表达式,记为n n表达式相等:U=V iff 表达式U和V中符号依次相同n n表达式U和V依次并列形成新的表达式UV,且n n若表达式U=W1VW2,则V是U的段。若V是U的段且V和U不相等,则V是U的真段。n n初始段、结尾段、真初始段、真结尾段第3页
3、,共42页,编辑于2022年,星期四Term(Term(L L)的归纳定义的归纳定义n nTerm(L)的定义 i)a a,u uTerm(Term(L L)ii)若t1,t2,tnTerm(L),且f为n元函数符号,则f(t1,t2,tn)Term(L)iii)t是能由有限次应用i)ii)形成的表达式 iff tTerm(L)n n不含自由变元的项被称为闭项。n nt表示项。n nTerm(L)的归纳证明原理。第4页,共42页,编辑于2022年,星期四项的结构项的结构n n定理:Term(L)中的项具有以下三种形式之一:个体符号,自由变元符号,f(t1,t2,tn),其中f为n元函数符号;且
4、项具有的形式是唯一的。n n定理:若t是f(t1,t2,tn)的段,则t=f(t1,t2,tn)或t为ti(i=1,2,n)的段。第5页,共42页,编辑于2022年,星期四Atom(Atom(L L)的定义的定义n nAtom(L)的定义 L 的表达式是Atom(L)的元素,当且仅当它为下列情况之一:i)F(t1,t2,tn),其中F为n元关系符号,t1,t2,tn Term(L)。ii)(t1,t2),其中为相等关系符号,t1,t2Term(L)。第6页,共42页,编辑于2022年,星期四Form(Form(L L)的归纳定义(一)的归纳定义(一)n n合式公式集Form(L)i)Atom(
5、L)Form(L)ii)若AForm(L),则(A)Form(L)iii)若A,BForm(L),则(A*B)Form(L)。其中*表示,中的任何一个iv)若A(u)Form(L),且x不在A(u)中出现,则xA(x),xA(x)Form(L)v)A是能由有限次应用i)iv)形成的表达式 iff AForm(L)第7页,共42页,编辑于2022年,星期四Form(Form(L L)的归纳定义(二)的归纳定义(二)n n不含自由变元的公式被称为闭公式或语句,Sent(L)表示所有语句构成的集合。n n含有某个约束变元而不含它的量词的表达式被称为拟公式。n n拟公式不是公式。n n A,B,C表示
6、公式、拟公式。第8页,共42页,编辑于2022年,星期四Form(Form(L L)的归纳证明原理的归纳证明原理n n定理:设定理:设R是一个性质,若i)对于任何)对于任何p pAtom(Atom(L L),R(p)R(p);ii)对于任何)对于任何A AForm(Form(L),若,若R(A)R(A),则,则R(A);iii iii)对于任何)对于任何A,BForm(L L),若,若R(A)R(A)且且R(B)R(B),则,则R(A*B)。其中*表示,中的任何一个;iv iv)对于任何)对于任何A(u)A(u)Form(Form(L),若,若R(A(u)R(A(u),且,且x不在不在A(u)
7、A(u)中出现,则中出现,则R(R(xA(x)xA(x),R(R(xA(x)。则对于任何则对于任何A AForm(Form(L L),R(A)R(A)。第9页,共42页,编辑于2022年,星期四公式结构公式结构定理:L 的每一公式恰好具有以下8种形式之一:原子公式,(A),(AB),(AB),(AB),(AB),xA(x),xA(x);并且在各种情形,公式所具有的那种形式是唯一的。第10页,共42页,编辑于2022年,星期四公式的语法分类公式的语法分类n n原子公式n n复合公式n n否定式n n合取式n n析取式n n蕴含式n n等值式n n全称式n n存在式第11页,共42页,编辑于202
8、2年,星期四辖域辖域n n若若(A)A)是是C C的段,则称的段,则称A A为它左方的为它左方的在在C C中的辖域中的辖域n n若若(A*B)(A*B)是是C C的段,则称的段,则称A A和和B B分别为它们之间的分别为它们之间的*在在C C中的左中的左辖域和右辖域。其中辖域和右辖域。其中*表示表示,中的任何一个中的任何一个n n若若xA(x)xA(x)或或xA(x)xA(x)是是B B的段,则称的段,则称A(x)A(x)为为x x或或x x在在B B中的辖域中的辖域 n n定理:任何定理:任何A A中的任何中的任何(如果有)有唯一的辖域;任何(如果有)有唯一的辖域;任何A A中的任何中的任何
9、*(如果有)有唯一的左辖域和右辖域;任何(如果有)有唯一的左辖域和右辖域;任何A A中的任何中的任何x x或或x x(如果有)有唯一的辖域(如果有)有唯一的辖域n n定理:若定理:若A A是是(B)B)的段,则的段,则A=(A=(B)B)或或A A是是B B的段;若的段;若A A是是(B*C)(B*C)的段,则的段,则A=(B*C)A=(B*C)或或A A是是B B的段或的段或A A是是C C的段;若的段;若 A A是是xB(x)xB(x)或或xB(x)xB(x)的段,则的段,则A=A=xB(x)xB(x)或或xB(x)xB(x),或,或A A是是B(x)B(x)的段。的段。第12页,共42页
10、,编辑于2022年,星期四形式可推演形式可推演n n用用 表示任何公式集,即表示任何公式集,即 Form(Form(L L)。n n AA可以记为可以记为,A A。n n 可以记为可以记为,。n n若若=A=A1 1,A,A2 2,A,A3 3,,则,则 可以记为可以记为A A1 1,A,A2 2,A,A3 3,。n nA A表示表示A A由由 形式可推演(形式可证明)的。其中,形式可推演(形式可证明)的。其中,为前提,为前提,A A为结论。为结论。n n不是不是L L 中符号。中符号。n n A A不是公式。不是公式。n nA ABB表示表示“A AB B并且并且B BAA”,并称,并称A
11、A和和B B是语法等值的。是语法等值的。第13页,共42页,编辑于2022年,星期四一阶逻辑的推演规则(一)一阶逻辑的推演规则(一)n n共共11+611+6条,条,A A,B B,C C为公式为公式n n(Ref)A(Ref)AA An n(+)(+)若若 A A,则则,A An n(-)-)若若,A A BB,A A B B,则则 A An n(-)(-)若若 A AB B,A A,则则 B Bn n(+)(+)若若,A ABB,则则 A AB Bn n(-)-)若若 A AB B,则则 A A,B B n n(+)+)若若 A A ,B B ,则则 A AB Bn n(-)-)若若,A
12、ACC,B BCC,则则,A AB BCCn n(+)+)若若 A A ,则则 A AB B,B BA An n(-)(-)若若 A A B B,A A,则则 B B 若若 A A B B,B B,则则 A An n(+)(+)若若,A ABB,B BAA,则则 A A B B 第14页,共42页,编辑于2022年,星期四一阶逻辑的推演规则(二)一阶逻辑的推演规则(二)n n(-)若若xA(x)xA(x),则A(t)n n(+)若A(u)A(u),u不在不在 中出现,中出现,则xA(x)n n(-)-)若若,A(u)BA(u)B,u u不在不在,B B中出现,中出现,则,xA(x)Bn n(+
13、)+)若若A(t)A(t),则xA(x),其中A(x)是在A(t)中把t的某些(不一定全部)出现替换成x而得。n n(-)-)若若A(tA(t1 1),t1 1 t t2,则A(tA(t2 2),其中,其中A(tA(t2 2)是在是在A(tA(t1 1)中把t1 1的某些(不的某些(不一定全部)出现替换成一定全部)出现替换成t t2 2而得。而得。n n(+)+)u u u u第15页,共42页,编辑于2022年,星期四形式推演的定义形式推演的定义n nA是在一阶逻辑中由形式可推演(形式可证明)的,记为A,当且仅当A能有限次使用一阶逻辑中形式推演规则生成。n n这是一个归纳定义。关于归纳证明。
14、n n一个有限序列1A1,2A2,nAn被称为nAn的形式证明。其中,kAk(1kn)由使用某一推演规则而生成。第16页,共42页,编辑于2022年,星期四证明:xA(x)x(A(x)A(x)证:先证先证 xA(x)x(x(A(x)A(x)。(1)(1)A(u)A(u)A(u)uA(u)u不在不在A(x)中出现中出现 (Ref)(Ref)(2)(2)A(u)A(u)x(x(A(x)(A(x)(+)(1)(1)(3)(3)x(x(A(x)A(x),A(u)A(u)x(x(A(x)(+)(2)(4)(4)x(x(A(x)A(x),A(u)A(u)x(x(A(x)()(5)(5)x(x(A(x)A(
15、x)A(u)(A(u)(-)(3)(4)-)(3)(4)(6)(6)x(A(x)A(x)xA(x)(xA(x)(+)(5)+)(5)(7)(7)xA(x),x(x(A(x)A(x)xA(x)(+)(6)(8)(8)xA(x)xA(x),x(x(A(x)A(x)xA(x)(xA(x)()(9)xA(x)x(x(A(x)(-)(7)(8)-)(7)(8)第17页,共42页,编辑于2022年,星期四再证再证x(A(x)xA(x)。(1)xA(x)xA(x)xA(x)(Ref)(2)xA(x)A(u)u不在A(x)中出现(-)(1)(3)A(u),xA(x)xA(x)A(u)(+)(2)(4)A(u)
16、,xA(x)A(u)()(5)A(u)xA(x)(+)(3)(4)(6)x(x(A(x)A(x)xA(x)xA(x)(-)(5)第18页,共42页,编辑于2022年,星期四证明:证明:x(A(x)B(x)x(A(x)B(x)xA(x)xA(x)xB(x)证:证:(1)(1)x(A(x)B(x)x(A(x)B(x)(Ref)(2)(2)x(A(x)B(x)x(A(x)B(x)A(u)B(u)(A(u)B(u)(-)(1)u u不在不在A(x)A(x)和B(x)B(x)中出现中出现(3)(3)x(A(x)B(x)x(A(x)B(x),xA(x)xA(x)A(u)B(u)(+)(2)A(u)B(u)
17、(+)(2)(4)(4)x(A(x)B(x)x(A(x)B(x),xA(x)xA(x)xA(x)(xA(x)()(5)(5)x(A(x)B(x)x(A(x)B(x),xA(x)xA(x)A(u)(A(u)(-)(4)(4)(6)(6)x(A(x)B(x),xA(x)xA(x)B(u)(B(u)(-)(3)(5)(3)(5)(7)x(A(x)B(x)x(A(x)B(x),xA(x)xA(x)xB(x)(xB(x)(+)(6)(6)(8)x(A(x)B(x)xA(x)xA(x)xB(x)(xB(x)(+)(7)第19页,共42页,编辑于2022年,星期四证明:证明:x(A(x)B(x)x(A(x)
18、B(x)xA(x)xB(x)xB(x)证:证:(1)(1)x(A(x)B(x)x(A(x)B(x)x(A(x)B(x)(Ref)x(A(x)B(x)(Ref)(2)(2)x(A(x)B(x)x(A(x)B(x)A(u)B(u)(-)(1)(1)u不在不在A(x)A(x)和和B(x)中出现中出现(3)(3)x(A(x)B(x)x(A(x)B(x),A(u)A(u)A(u)B(u)(+)(2)(4)(4)x(A(x)B(x)x(A(x)B(x),A(u)A(u)A(u)(A(u)()(5)(5)x(A(x)B(x)x(A(x)B(x),A(u)B(u)(A(u)B(u)(-)(3)(4)(3)(4
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