 |
|
Основы математической логики. Логические законы.
Слово логика означает совокупность правил, которым подчиняется процесс мышления. Сам термин "логика" происходит от древнегреческого «logos», означающего "слово, мысль, понятие, рассуждение, закон". Формальная логика - наука о формах и законах мышления. Законы логики отражают в сознании человека свойства, связи и отношения объектов окружающего мира. Логика как наука позволяет строить формальные модели окружающего мира, отвлекаясь от содержательной стороны. Основными формами мышления являются понятия, суждения и умозаключения.
Понятие - это форма мышления, которая выделяет существенные признаки предмета или класса предметов, отличающие его от других. Например, компьютер, человек, ученики.
Суждения - это форма мышления, в которой утверждается или отрицается связь между предметом и его признаком, отношения между предметами или факт существования предмета и которая может быть либо истинной, либо ложной. Языковой формой выражения суждения является повествовательное предложение. Вопросительные и побудительные предложения суждениями не являются.
Суждения рассматриваются не с точки зрения их смысла и содержания, а только с точки зрения их истинности или ложности. Истинным будет суждение, в котором связь понятий правильно отражает свойства и отношения реальных объектов. "Дважды два равно четырем" - истинное суждение, а вот "Процессор предназначен для печати" - ложное. Суждения могут быть простыми и сложными. "Весна наступила, и грачи прилетели" - сложное суждение, состоящее из двух простых. Простые суждения (высказывания) выражают связь двух понятий. Сложные состоят из нескольких простых суждений.
Умозаключение - прием мышления, позволяющий на основе одного или нескольких суждений-посылок получить новое суждение (знание или вывод).
Примерами умозаключений являются доказательства теорем в геометрии. Посылками умозаключения по правилам формальной логики могут быть только истинные суждения. Тогда и умозаключение будет истинным. Иначе можно прийти к ложному умозаключению.
Математическая логика изучает вопросы применения математических методов для решения логических задач и построения логических схем, которые лежат в основе работы любого компьютера. Суждения в математической логике называют высказываниями или логическими выражениями. Подобно тому, как для описания действий над переменными был разработан раздел математики алгебра, так и для обработки логических выражений в математической логике была создана алгебра высказываний или алгебра логики.
2. Логические выражения и логические операции
Логическое выражение - это символическая запись, состоящая из логических величин (констант или переменных), объединенных логическими операциями (связками).
В булевой алгебре простым высказываниям ставятся в соответствие логические переменные, значение которых равно 1, если высказывание истинно, и 0, если высказывание ложно. Обозначаются логические переменные буквами латинского алфавита.
Существуют разные варианты обозначения истинности и ложности переменных:
Истина
Связки "НЕ", "И", "ИЛИ" заменяются логическими операциями инверсия, конъюнкция, дизъюнкция. Это основные логические операции, при помощи которых можно записать любое логическое выражение.
Логическое отрицание (инверсия).
В обыденной речи мы часто пользуемся словом "НЕ", или словами "НЕВЕРНО, ЧТО", когда хотим что-то отрицать. Пусть, например, кто-то сказал: "Тоска зеленая." (Обозначим это высказывание А). Если Вы не согласны, Вы скажете: " Тоска НЕ зеленая." Или: " Неверно, что тоска зеленая." (Ваше высказывание обозначим В). Нетрудно заметить, что значения истинности высказываний А и В находятся в определенной связи: если А истинно, то В ложно, и наоборот. Операция, с помощью которой из высказывания А получается высказывание В, называется логическим отрицанием и само высказывание В называется отрицанием высказывания А и обозначается .
Логическое умножение (конъюнкция) от латинскогоconjunctio - союз, связь.
Если два высказывания соединены союзом "И", то полученное сложное высказывание обычно считается истинным тогда и только тогда, когда истинны оба составляющие его высказывания. Если хотя бы одно из составляющих высказываний ложно, то и полученное из них с помощью союза "И" сложное высказывание также считается ложным. Например, возьмем два высказывания: "У кота есть хвост" (А), "У зайца есть хвост" (В). Сложное высказывание "У кота есть хвост и у зайца есть хвост" истинно, т.к. истинны оба высказывания А и В. Но если взять другие высказывания: "У кота длинный хвост" (С), "У зайца длинный хвост" (D), то сложное высказывание "У кота длинный хвост и у зайца длинный хвост" будет ложным, т.к. ложно высказывание (D). Таким образом, исходя из обычного смысла союза "И", приходим к определению соответствующей логической операции - конъюнкции.
Таким образом, конъюнкцией двух высказываний А и В называется такое высказывание, которое истинно тогда и только тогда, когда истинны оба высказывания А и В.
Конъюнкцию высказываний А и В мы обозначим: A & B. Знак & - амперсант - читается как английское "and" (помните Procter&Gamble или Wash&Go?).
Логическое сложение (дизъюнкция) от латинскогоdisjunctio - разобщение, различие.
Если два высказывания соединены союзом "ИЛИ", то полученное сложное высказывание обычно считается истинным, когда истинно, хотя бы одно из составляющих высказываний. Например, возьмем два высказывания: "Мел черный." (А), "Доска черная." (В). Высказывание "Мел черный или доска черная" будет истинным, т.к. одно из исходных высказываний (В) истинно.
Закон двойного отрицания (двойное отрицание исключает отрицание):
А = .
Переместительный (коммутативный) закон:
для логического сложения: А Ú B = B Ú A;
для логического умножения: A & B = B & A.
Результат операции над высказываниями не зависит от того, в каком порядке берутся эти высказывания.
Сочетательный (ассоциативный) закон:
для логического сложения: (А Ú B) Ú C = A Ú (B Ú C);
для логического умножения: (A & B) & C = A & (B & C).
При одинаковых знаках скобки можно ставить произвольно или вообще опускать.
Распределительный (дистрибутивный) закон:
для логического сложения: (А Ú B) & C = (A & C) Ú (B & C);
для логического умножения: (A & B) Ú C = (A Ú C) & (B Ú C).
Закон определяет правило выноса общего высказывания за скобку.
Закон общей инверсии (законы де Моргана):
для логического сложения: = &;
для логического умножения: = Ú
Закон идемпотентности (от латинских слов idem — тот же самый и potens — сильный; дословно — равносильный):
для логического сложения: А Ú A = A;
для логического умножения: A & A = A .
Закон означает отсутствие показателей степени.
Законы исключения констант:
для логического сложения: А Ú 1 = 1, А Ú 0 = A;
для логического умножения: A & 1 = A, A & 0 = 0.
Закон противоречия:
A & = 0.
Невозможно, чтобы противоречащие высказывания были одновременно истинными.
Закон исключения третьего:
A Ú = 1.
Из двух противоречащих высказываний об одном и том же предмете одно всегда истинно, а второе — ложно, третьего не дано.
Закон поглощения:
для логического сложения: А Ú (A & B) = A;
для логического умножения: A & (A Ú B) = A.
Знание законов логики позволяет проверять правильность рассуждений и доказательств. Основываясь на законах, можно выполнять упрощение сложных логических выражений. Такой процесс замены сложной логической функции более простой, но равносильной ей, называется минимизацией функции.