第二章命题逻辑的等值和推理演算优秀课件.ppt
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1、第二章命题逻辑的等值和推理演算第1页,本讲稿共65页l等值演算等值演算(考察逻辑关系符考察逻辑关系符 ):1)等值定理、公式等值定理、公式 2)由真值表写命题公式由真值表写命题公式(由由T写、由写、由F写写)3)联结词的完备集联结词的完备集(由个别联结词表示所由个别联结词表示所有联结词的问题有联结词的问题)4)对偶式对偶式(命题公式的对偶性命题公式的对偶性)5)范式范式(命题公式的统一标准命题公式的统一标准)第2页,本讲稿共65页推理演算推理演算(考察逻辑关系符考察逻辑关系符 ):1)推理形式推理形式(正确推理形式的表示正确推理形式的表示)2)基本推理公式基本推理公式(各种三段论及五种证明方各
2、种三段论及五种证明方法法)3)推理演算推理演算(证明推理公式的第六种方法,证明推理公式的第六种方法,使用推理规则使用推理规则)4)归结推理法归结推理法(证明推理公式的第七种方法,证明推理公式的第七种方法,常用反证法常用反证法)第3页,本讲稿共65页2.1.1 2.1.1 等值的定义等值的定义 l等值的定义:等值的定义:给定两个命题公式给定两个命题公式A A和和B,B,而而P P1 1PPn n是出现于是出现于A A和和B B中的中的所有命题变所有命题变项项,那么公式那么公式A A和和B B共有共有2 2n n个解释个解释,若对若对其中的其中的任一解释任一解释,公式公式A A和和B B的真值都相
3、的真值都相等等,就称就称A A和和B B是等值的是等值的(或等价的或等价的)。记。记作作A=BA=B或或A A B B。注意逻辑关系词注意逻辑关系词2.1 2.1 等值定理等值定理 第4页,本讲稿共65页例例1:1:证明证明(P(P P)Q=QP)Q=Q证明证明:画出画出(P(P P)QP)Q与与Q Q的真值表可看出等的真值表可看出等式是成立的。式是成立的。第5页,本讲稿共65页例例2:2:证明证明PP P=QP=Q Q Q 证明证明:画出画出PP P,QP,Q Q Q的真值表的真值表,可看可看出它们是等值的出它们是等值的,而且它们都是重言式。而且它们都是重言式。第6页,本讲稿共65页l等值定
4、义补充说明:等值定义补充说明:两个公式等值并不要两个公式等值并不要求它们一定含有相同的命题变项求它们一定含有相同的命题变项。若仅在。若仅在等式一端的公式里有变项等式一端的公式里有变项P P出现出现,那么等式那么等式两端的公式其真值均与两端的公式其真值均与P P无关。例无关。例1 1中公式中公式(P(P P)QP)Q与与Q Q的真值都同的真值都同P P无关无关,例例2 2中中PP P,QP,Q Q Q都是重言式都是重言式,它们的真值也它们的真值也都与都与P P、Q Q无关。无关。第7页,本讲稿共65页2.1.2 2.1.2 等值定理等值定理 l定理定理2.1.1 2.1.1 对公式对公式A A和
5、和B,A=BB,A=B的充分必的充分必要条件是要条件是A A B B是重言式。是重言式。即任意解释下,即任意解释下,A A和和B B都有相同的真值。都有相同的真值。证明:定理中的两部分都与上一行等同。证明:定理中的两部分都与上一行等同。第8页,本讲稿共65页v “”作为逻辑关系符是一种作为逻辑关系符是一种等价关系等价关系A=BA=B是表示公式是表示公式A A与与B B的一种关系。这种关系的一种关系。这种关系具有三个性质具有三个性质:1.1.自反性自反性 A=A A=A。2.2.对称性对称性 若若A=BA=B则则B=AB=A。3.3.传递性传递性 若若A=B,B=CA=B,B=C则则A=CA=C
6、。这三条性质体现了这三条性质体现了“”的实质含义。的实质含义。第9页,本讲稿共65页2.2 2.2 等值公式等值公式(真值表验证,真值表验证,VennVenn图理解图理解)2.2.1 基本的等值公式(特别注意蓝色字特别注意蓝色字)1.双重否定律P=P2.结合律(PQ)R=P(QR)(PQ)R=P(QR)(P Q)R=P (Q R)第10页,本讲稿共65页3.交换律PQ=QPPQ=QPP Q=Q P4.分配律分配律P(QR)=(PQ)(PR)P(QR)=(PQ)(PR)P(QR)=(PQ)(PR)5.等幂律(恒等律)PP=PPP=PPP=TPP=T第11页,本讲稿共65页6.吸收律P(PQ)=P
7、P(PQ)=P7.摩根律摩根律(PQ)=PQ(PQ)=PQ对蕴涵词、双条件词作否定有(PQ)=PQ(PQ)=PQ=PQ=(PQ)(PQ)第12页,本讲稿共65页8.同一律PF=PPT=PTP=PTP=P还有PF=PFP=P第13页,本讲稿共65页 9.零律PT=TPF=F还有PT=TFP=T10.补余律PP=TPP=F还有PP=P PP=PPP=F 第14页,本讲稿共65页VennVenn图图l这种图是将这种图是将P P、Q Q理解为某总体论域上理解为某总体论域上的子集合的子集合,而规定而规定PQPQ为两集合的公为两集合的公共部分共部分(交集合交集合),PQ),PQ为两集合的全为两集合的全部部
8、(并集合并集合),),P P为总体论域为总体论域(如矩形如矩形域域)中中P P的余集。的余集。第15页,本讲稿共65页VennVenn图实例图实例1.P(PQ)=P2.P(PQ)=P3.(PQ)=PQ第16页,本讲稿共65页VennVenn图可以用来理解集图可以用来理解集合间、命题逻辑中、合间、命题逻辑中、部部分分信息量间的一些关系。信息量间的一些关系。第17页,本讲稿共65页2.2.2 2.2.2 若干常用的等值公式若干常用的等值公式 l等值演算中,等值演算中,由于人们对由于人们对、更为熟更为熟悉,常将含有悉,常将含有和和的公式化成仅含有的公式化成仅含有、的公式。这也是证明和理解含有的公式。
9、这也是证明和理解含有,的公式的一般方法。的公式的一般方法。但后面的推理演但后面的推理演算中,更希望见到算中,更希望见到和和.第18页,本讲稿共65页12.逆否定理PQ=QP11.PQ=P Q第19页,本讲稿共65页13.前提合并P(QR)=(PQ)R17.前提交换P(QR)=Q(PR)18.另一种前提合并(PR)(QR)=(PQ)R第20页,本讲稿共65页14.从取真来描述双条件词从取真来描述双条件词PQ=(PQ)(PQ)15.从取假来描述双条件词从取假来描述双条件词PQ=(PQ)(PQ)16.从蕴涵词描述双条件词从蕴涵词描述双条件词PQ=(PQ)(QP)第21页,本讲稿共65页2.2.3 2
10、.2.3 置换规则置换规则(注意与代入规则注意与代入规则p8p8的区别的区别)置换定义置换定义:对公式对公式A的子公式的子公式,用与之等值的用与之等值的公式来代换便称置换。公式来代换便称置换。置换规则:置换规则:将公式将公式A的子公式置换后,的子公式置换后,A化为化为公式公式B,必有必有A=B。置换与代入是有区别的:置换与代入是有区别的:代入规则要求操作代入规则要求操作重言式、对所有同一命题变元都作代换重言式、对所有同一命题变元都作代换第22页,本讲稿共65页2.2.4 2.2.4 等值演算举例等值演算举例 例例1:证明证明(P(QR)(QR)(PR)=R证明证明:左端左端=(P(QR)(QP
11、)R)(分配律分配律)=(P Q)R)(QP)R)(结合律结合律)=(PQ)R)(QP)R)(摩根律摩根律)=(PQ)(QP)R(分配律分配律)=(PQ)(PQ)R(交换律交换律)=TR(置置 换换)=R(同一律同一律)第23页,本讲稿共65页例例2:试证试证 (PQ)(P(Q R)(P Q)(P R)=T证明证明:左端左端=(PQ)(P(QR)(PQ)(PR)(摩根律摩根律)=(PQ)(PQ)(PR)(PQ)(PR)(分配律分配律)=(PQ)(PR)(PQ)(PR)(等幂律等幂律)=T(置换规则置换规则)第24页,本讲稿共65页问题提出:由命题公式写真值表是容易的,那问题提出:由命题公式写真
12、值表是容易的,那么如何由真值表写命题公式呢?么如何由真值表写命题公式呢?2.3 命题公式与真值表关系命题公式与真值表关系第25页,本讲稿共65页2.3.1 2.3.1 从从T T来列写来列写1.1.记忆方法:各项间用记忆方法:各项间用,每项内用每项内用2.2.每项内书写方法:例每项内书写方法:例 真值表中真值表中P=FP=F且且Q=FQ=F等价于等价于 PP Q=TQ=T3.3.简化方法:有时简化方法:有时A A的表达通过的表达通过 A A来描述来描述第26页,本讲稿共65页2.3.2 2.3.2 从从F F来列写来列写1.1.记忆方法:各项间用记忆方法:各项间用 ,每项内用每项内用2.2.每
13、项内书写方法:例每项内书写方法:例 真值表中真值表中P=TP=T且且Q=FQ=F等价于等价于 P PQ=FQ=F3.3.简化方法:有时简化方法:有时A A的表达通过的表达通过 A A来描述来描述4.4.任意值的问题任意值的问题(图图2.3.1)2.3.1)第27页,本讲稿共65页2.4 2.4 联结词的完备集联结词的完备集 问题的提出:问题的提出:对对n n 个命题变项个命题变项P P1 1PPn n来说来说,共共可定义出多少个联结词可定义出多少个联结词?在那么多联结词中在那么多联结词中有多少是相互独立的有多少是相互独立的?介绍介绍3 3个新型联结词:个新型联结词:异或异或 :PQ=(PQ)(
14、PQ)与非与非 :P Q=(PQ)或非或非 :P Q=(PQ)第28页,本讲稿共65页2.4.1 2.4.1 命题联结词的个数命题联结词的个数l要解决本节提出的第一个问题,首先要把要解决本节提出的第一个问题,首先要把n n个命题变项构造出的无限多个合式公式个命题变项构造出的无限多个合式公式分分类。类。l将等值的公式视为同一类,从中选一个作将等值的公式视为同一类,从中选一个作代表称之为真值函项。代表称之为真值函项。对一个真值函项,对一个真值函项,或者说对于该类合式公式或者说对于该类合式公式,就可定义一个,就可定义一个联结词与之对应。联结词与之对应。第29页,本讲稿共65页l例:一元联结词例:一元
15、联结词是联结一个命题变项是联结一个命题变项(如如P)P)的。的。P P有真假有真假2 2种值,因此种值,因此P(P(自变量自变量)上上可定义可定义4 4种一元联结词种一元联结词(真值函项、函数真值函项、函数):真值表真值表见图。见图。f f0 0 f f1 1 f f2 2 f f3 3 或称或称f f0 0(P)f(P)f1 1(P)f(P)f2 2(P)f(P)f3 3(P)(P)第30页,本讲稿共65页由真值表由真值表写出真值函项的命题公式写出真值函项的命题公式:f0(P)=Ff1(P)=Pf2(P)=Pf3(P)=T第31页,本讲稿共65页l例:二元联结词例:二元联结词联结两个命题变项
16、联结两个命题变项(如如P P、Q)Q),两个变项共有,两个变项共有4 4种取值情形种取值情形,于是于是P P、Q Q上可建立起上可建立起1616种不同的真值函项种不同的真值函项,相应相应的可定义出的可定义出1616个不同的二元联结词个不同的二元联结词g g0 0,g,g1 1,g,g1515 图图2.4.22.4.2给出了这些联结词给出了这些联结词g gi i或说真值函或说真值函项项g gi i(P,Q)(P,Q)的的真值表定义真值表定义。第32页,本讲稿共65页第33页,本讲稿共65页根据真值表写出各真值函项的命题表达式根据真值表写出各真值函项的命题表达式:g0(P,Q)=Fg1(P,Q)=
17、PQg2(P,Q)=P Qg3(P,Q)=(P Q)(PQ)=P(QQ)=Pg4(P,Q)=PQg5(P,Q)=(PQ)(PQ)=(PP)Q=Qg6(P,Q)=PQg7(P,Q)=PQg8(P,Q)=P Q=P Qg9(P,Q)=P Qg10(P,Q)=(P Q)(P Q)=(PP)Q=Qg11(P,Q)=P Q=QPg12(P,Q)=(P Q)(PQ)=P(QQ)=Pg13(P,Q)=PQ=P Qg14(P,Q)=P Q=P Qg15(P,Q)=T第34页,本讲稿共65页l联结词个数统计:联结词个数统计:对对n n 个命题变元个命题变元P P1 1PPn,n,每个每个P Pi i有两种取值有
18、两种取值,从而对从而对P P1 1PPn n来说共有来说共有2 2n n种取值情形种取值情形。于是相应的于是相应的直值函项就有直值函项就有2 22 2n n个个,或说或说可定义可定义2 22 2n n个个n n元联结词。元联结词。第35页,本讲稿共65页2.4.2 2.4.2 联结词的完备集联结词的完备集 l关于本节提出的第二个问题,也就是说这关于本节提出的第二个问题,也就是说这些联结词是否能相互些联结词是否能相互通过组合通过组合来表示呢来表示呢?l联结词的完备集定义联结词的完备集定义:设C是联结词的集合,如果对任一命题公式(能直接使用能直接使用T T和和F F)都有由C中的联结词表示出来的公
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