Что называют формулой логики высказываний

Что называют формулой логики высказываний

Слово в алфавите логики высказываний называется формулой, если оно удовлетворяет следующему определению:

1) любая высказывательная переменная – формула;

3) только те слова являются формулами, для которых это следует из 1) и 2).

Например: или . Скобки указывают порядок выполнения действий.

Скобки в формулах можно опускать, придерживаясь следующего порядка выполнения действий: коньюнкция, дизьюнкция, импликация и эквиваленция.

Логическое значение формулы полностью определяется логическими значениями входящих в нее элементарных высказываний.

При x = 1, y = 1, z = 0 формула

Логическое значение формулы изменяется в зависимости от изменений значений элементарных высказываний, входящих в формулу. Все возможные логические значения формулы могут быть описаны полностью с помощью таблицы истинности.

Таблица истинности логических значений формулы будет следующая:

Если формула содержит n элементарных высказываний, то она принимает 2 n значений. Таблица истинности будет содержать 2 n строк.

Две формулы алгебры логики A и B называются равносильными, если они принимают одинаковые логические значения на любом наборе значений, входящих в формулы элементарных высказываний.

Следующие формулы являются равносильными:

Формула А называется тождественно истинной (или тавтологией ), если она принимает значение 1 при всех значениях входящих в нее переменных.

Следующие формулы являются тавтологиями: ,

Формула является тождественно ложной.

Отношение равносильности обладает следующими свойствами: оно рефлексивно, симметрично и транзитивно.

Между понятиями равносильности и эквивалентности существует следующая связь: если формулы А и В равносильны, то формула – тавтология, и обратно, если формула – тавтология, то формулы А и В равносильны.

Равносильности алгебры логики используются для того, чтобы любую формулу алгебры логики можно заменить равносильной ей формулой.

Важнейшие равносильности алгебры логики можно разбить на три группы.

1. Основные равносильности

Пусть А ≡ при x = 1, значение А = 1, при х = 0, значение А = 0. Итак во всех случаях значения формулы А совпадают со значениями х, следовательно, А ≡ х.

2. Равносильности, выражающие одни логические операции через другие

Замечание. Формулы 5 и 6 получаются из 3 и 4, если от обеих частей последних взять отрицания и воспользоваться законом снятия двойного отрицания.

Докажем формулы 1–4.

1) при одинаковых логических значениях x и y формулы , и – истинны, следовательно, истинной будет и коньюнкция т. е. обе части равносильности имеют одинаковые истинные значения.

2) пусть хотя бы одна из переменных x или y принимает значение ложь, тогда тоже ложь, а – истина. В то же время отрицание хотя бы одной из переменных будет истинным, следовательно, будет истиной и дизьюнкция .

Следовательно, во всех случаях обе части равносильности 3 принимают одинаковые логические значения.

Аналогично доказываются равносильности 2 и 4.

Из равносильностей группы 2 следует, что всякую формулу алгебры логики можно заменить равносильной ей формулой, содержащей только две логические операции: коньюнкцию и отрицание или дизьюнкцию и отрицание.

3. Равносильности, выражающие основные законы алгебры логики

– комм утативность коньюнкции и дизьюнкции.

При х = 1, формулы , и будут истинны, тогда и – тоже истинна.

При х = 0, ≡ , ≡ ≡ следовательно,

Таким образом, обе части формулы 6 равносильны одной и той же формуле и поэтому принимают одинаковые логические значения. Что и требовалось доказать.

Равносильности 3-ей группы выражают основные законы алгебры логики: коммутативность, ассоциативность и дистрибутивность (относительно логических операций – коньюнкции и дизьюнкции). Эти же законы имеют место в алгебре чисел. Поэтому над формулами алгебры логики можно производить те же преобразования, которые проводятся в алгебре чисел, т. е.

1) раскрытие скобок;

2) заключение в скобках;

3) вынесения за скобки общего множителя.

Кроме этих преобразований над формулами алгебры логики можно производить и преобразования, основанные на использовании равносильностей.

Равносильные преобразования формул используют

1) для доказательства равносильностей,

2) для приведения формул к заданному виду,

3) для упрощения формул.

Под упрощением формулы, не содержащей операций импликации и эквиваленции, понимают равносильное преобразование, приводящее к формуле, которая либо содержит по сравнению с исходной меньшее число операций коньюнкции и дизьюнкции и не содержит отрицаний неэлементарных формул, либо содержит меньшее число вхождений переменных.

1. Доказать равносильность

2. Упростить формулу

3. Доказать тождественную истинность формулы

Источник

Конспект по элементам математической логики на тему «Формулы логики высказываний»

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Формулы логики высказываний

Формулами логики высказываний называются составные высказывания, построенные из простых высказываний с помощью логических связок. Формулы состоят из:

Выражение, составленное из обозначений высказываний, логических связок и скобок, называется логической формулой, если оно удовлетворяет следующим условиям:

— любая переменная, обозначающая высказывание, является формулой ;

Порядок выполнения логических операций в сложном логическом выражении:

Л ишние скобки опускаются.

Порядок построения формул логики высказываний на основе сложных высказываний:

1. Разложить сложное высказывание на простые высказывания.

2. Каждому простому высказыванию назначить соответствующую логическую переменную.

3. Определить логические операции над простыми высказываниями.

4. Учитывая порядок следования простых высказываний, из которых состоит сложное высказывание, записать формулу алгебры высказываний.

Рассмотрим примеры представления логическими формулами следующих высказываний.

Высказывание: «Идет дождь или снег».

Логической операции, соответствующей логической связке «или», является дизъюнкция ( Ú ). Л огическая формула примет вид:

Высказывание: «Сегодня суббота или воскресенье».

Составное высказывание «Сегодня суббота или воскресенье» состоит из двух простых высказываний :

Л огическая формула примет вид:

Высказывание: «Что с горы, что под гору».

Высказывание « Что с горы, что под гору », разобьем на два простых высказывания и введем обозначения:

Два высказывания соединены операцией эквивалентности (↔). Высказывание « Что с горы, что под гору » представимо логической формулой :

Рассмотрим примеры представления логическими формулами более сложных высказываний.

Высказывание: «Если идет дождь, то пикник отменяется. Дождя нет, но пикник отменяется ».

Сложное высказывание включает два простых высказывания:

В первом предложении («Если идет дождь, то пикник отменяется ») высказывания А, В соединены связкой «если. то. », что соответствует логической операции импликация ( ® ) :

Во втором предложении («Дождя нет, но пикник отменяется ») союз «но» имеет смысл связки «и» (конъюнкция &).. Для фразы «нет дождя» к высказыванию А необходимо применить операцию отрицания ( ):

.

Далее объединим представленные выше два высказывания в одно связкой &:

.

Высказывание: «Если в научной работе используются цитаты других авторов и ссылки на научные источники, то необходимо убедиться в точности их передачи или необходимости их применения в проекте»

Составное высказывание состоит из следующих простых высказываний:

D — « Необходимо убедиться в необходимости их применения в проекте ».

Логическая формула второго составного высказывания:

Высказывание: «Если вы решаете примеры по математике и при этом используете калькулятор, то это приводит к постепенной утрате навыков устного счета или потере возможности прогнозирования результатов своей деятельности».

Первое составное высказывание состоит из следующих простых высказываний:

В — « Вы используете калькулятор ».

С учетом введенных обозначений и определенных логических связок сложное высказывание будет представлено в виде следующей логи­ческой формулы:

Первое предложение содержит следующие простые высказывания:

D — «Для фирмы рациональной является стратегия экономии издержек»

С учетом введенных обозначений логическая формула для первого предложения примет вид:

Второе предложение содержит другие простые высказывания:

L — «Интенсивный маркетинг является слабой стороной организации».

Логическая формула, представляющая второе предложение:

В третьем предложении содержатся новые простые высказывания:

N — «Фирме следует придерживаться стратегии захвата новых рынков для определенного продукта».

Логическая формула для третьего предложения:

Окончательно составное высказывание записывается следующей логической формулой:

((А&В) ® (С ↔ D ))&((К& L ) ® (С ↔ D ))&((К&М) ® N ).

Упражнения для самостоятельной работы.

Представить логическими формулами следующие высказывания:

1. «Если параметр цикла находится между начальным и конечным значением включительно, то выполняется тело цикла ».

2. «Если темпы роста рынка продукта корпорации высокие и размер контролируемой ею доли рынка также высок, то в соответствии с методами анализа этот продукт относится к категории «звезда»; он дает большой доход, но требует значительных вложений».

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Источник

Логика высказываний: теория и применение. Примеры решений задач

Будут и задачи для самостоятельного решения, к которым можно посмотреть ответы.

Логика высказываний: определение и применение

Высказываниями принято считать такие предложения (написанные на «словесном» либо математическом языке), о которых можно сказать одно из двух: либо они являются истинными, либо ложными.

С математическими высказываний проще всего: они всегда имеют либо значение «истина», либо значение «ложь». Для высказываний, сделанных на «словесном» языке, понятия «истинности» и «ложности» несколько более расплывчаты. Однако, например, такие словесные формы, как «Иди домой» и «Идёт ли дождь?», не являются высказываниями. Поэтому понятно, что высказываниями являются такие словесные формы, в которых что-либо утверждается. Не являются высказываниями вопросительные или восклицательные предложения, обращения, а также пожелания или требования. Их невозможно оценить значениями «истина» и «ложь».

Логика высказываний отвлекается от содержательной нагрузки высказываний и изучает их истинностное значение, то есть является ли высказывание истинным или ложным.

Логические операции над высказываниями

Итак, высказывания можно рассмотривать как величину, которая может принимать два значения: «истина» и «ложь».

Таблица истинности для конъюнкции:

Таблица истинности для дизъюнкции:

Таблица истинности для следования (импликации):

4. Четвёртая логическая операция над высказываниями, точнее над одним высказыванием, называется отрицанием высказывания A и обозначается

A (можно встретить также употребление не символа

, а символа ¬, а также верхнего надчёркивания над A).

A есть высказывание, которое ложно, когда A истинно, и истинно, когда A ложно.

Таблица истинности для отрицания:

Таблица истинности для эквивалентности:

В большинстве языков программирования есть специальные символы для обозначения логических значений высказываний, записываются они почти во всех языках как true (истина) и false (ложь).

Подытожим вышесказанное. Логика высказываний изучает связи, которые полностью определяются тем, каким образом одни высказывания строятся из других, называемых элементарными. Элементарные высказывания при этом рассматриваются как целые, не разложимые на части.

Систематизируем в таблице ниже названия, обозначения и смысл логических операций над высказываниями (они нам вскоре вновь понадобятся для решения примеров).

Для логических операций верны законы алгебры логики, которые можно использовать для упрощения логических выражений. При этом следует отметить, что в логике высказываний отвлекаются от смыслового содержания высказывания и ограничиваются рассмотрением его с той позиции, что оно либо истинно, либо ложно.

Пример 1. Вычислите логические значения следующих высказываний:

3) («Сосна» = «Дуб») ИЛИ («Вишня» = «Клён») ;

6) («Глаза даны, чтобы видеть») И («Под третьим этажом находится второй этаж») ;

Пример 2. Запишите с помощью логических операций следующие сложные высказывания:

1) «Пользователь не зарегистрирован»;

2) «Сегодня воскресенье и некоторые сотрудники находятся на работе»;

3) «Пользователь зарегистрирован тогда и только тогда, когда отправленные пользователем данные признаны годными».

Решить примеры на логику высказываний самостоятельно, а затем посмотреть решения

Пример 3. Вычислите логические значения следующих высказываний:

1) («В минуте 70 секунд») ИЛИ («Работающие часы показывают время») ;

2) (28 > 7) И (300/5 = 60) ;

4) Не((300 > 100) ИЛИ («Жажду можно утолить водой»)) ;

Пример 4. Запишите с помощью логических операций следующие сложные высказывания и вычислите их логические значения:

1) «Если часы неправильно показывают время, то можно невовремя прийти на занятия»;

Пример 5. Определите логическое значение выражения

Формулы логики высказываний

Понятие логической формы сложного высказывания уточняется с помощью понятия формулы логики высказываний.

В примерах 1 и 2 мы учились записывать с помощью логических операций сложные высказывания. Вообще-то они называются формулами логики высказываний.

Для обозначения высказываний, как и упомянутом примере, будем продолжать использовать буквы

Эти буквы будут играть роль переменных, принимающих в качестве значений истинностные значения «истина» и «ложь». Эти переменные называются также пропозициональными переменными. Мы будем далее называть их элементарными формулами или атомами.

Для построения формул логики высказываний кроме указанных выше букв используются знаки логических операций

Понятие формулы логики высказываний определим следуюшим образом:

1) элементарные формулы (атомы) являются формулами логики высказываний;

3) только те выражения являются формулами логики высказываний, для которых это следует из 1) и 2).

Определение формулы логики высказываний содержит перечисление правил образования этих формул. Согласно определению, всякая формула логики высказываний либо есть атом, либо образуется из атомов в результате последовательного применения правила 2).

1) ;

2) ;

3) ;

4) ;

5) ;

6) .

1) «нет действительных чисел, которые являются рациональными»;

2) «если не все рациональные числа являются действительными, то нет рациональных чисел, являющихся действительными»;

5) «все рациональные числа являются действительными тогда и только тогда, когда не имеет место быть, что не все рациональные числа являются действительными»;

6) «не имеет места быть, что не имеет место быть, что не все рациональные числа являются действительными и нет действительных чисел, которые являются рациональными или нет рациональных чисел, которые являются действительными».

p	q	r					f
И	И	И	И	И	И	И	И
И	И	Л	И	И	И	Л	И
И	Л	И	И	Л	Л	Л	Л
И	Л	Л	И	Л	Л	И	И
Л	И	И	Л	И	Л	И	И
Л	И	Л	Л	И	Л	И	Л
Л	Л	И	И	И	И	И	И
Л	Л	Л	И	И	И	Л	И

Заметим, что никакой атом не имеет вида

Число скобок в формулах логики высказываний можно уменьшить, если принять, что

1) в сложной формуле будем опускать внешнюю пару скобок;

2) упорядочим знаки логических операций «по старшинству»:

В этом списке знак ↔ имеет самую большую область действия, а знак

— самую маленькую. Под областью действия знака операции понимаются те части формулы логики высказываний, к которым применяется (на которые действует) рассматриваемое вхождение этого знака. Таким образом, можно опускать во всякой формуле те пары скобок, которые можно восстановить, учитывая «порядок старшинства». А при восстановлении скобок сначала расставляются все скобки, относящиеся ко всем вхождениям знака

(при этом мы продвигаемся слева направо), затем ко всем вхождениям знака ∧ и так далее.

Пример 8. Восстановите скобки в формуле логики высказываний B ↔

Решение. Скобки восстанавливаются пошагово следующим образом:

Не всякая формула логики высказываний может быть записана без скобок. Например, в формулах А → (B → C) и

(A → B) дальнейшее исключение скобок невозможно.

Тавтологии и противоречия

Так как истинность или ложность сложных высказываний зависит лишь от значений, а не от содержания высказываний, каждому из которых соответствует определённая буква, то проверку того, является ли данное высказывание тавтологией, можно подставить следующим способом. В исследуемом выражении на место букв подставляются значения 1 и 0 (соответственно «истина» и «ложь») всеми возможными способами и с использованием логических операций вычисляются логические значения выражений. Если все эти значения равны 1, то исследуемое выражение есть тавтология, а если хотя бы одна подстановка даёт 0, то это не тавтология.

Таким образом, формула логики высказываний, которая принимает значение «истина» при любом распределении значений входящих в эту формулу атомов, называется тождественно истинной формулой или тавтологией.

Противоположный смысл имеет логическое противоречие. Если все значения высказываний равны 0, то выражение есть логическое противоречие.

Таким образом, формула логики высказываний, которая принимает значение «ложь» при любом распределении значений входящих в эту формулу атомов, называется тождественно ложной формулой или противоречием.

Кроме тавтологий и логических противоречий существуют такие формулы логики высказываний, которые не являются ни тавтологиями, ни противоречиями.

Пример 9. Составьте таблицу истинности для формулы логики высказываний и определите, является ли она тавтологией, противоречием или ни тем, ни другим.

Решение. Составляем таблицу истинности:

И	И	И	И	И
И	Л	Л	Л	И
Л	И	Л	И	И
Л	Л	Л	Л	И

В значениях импликации не встречаем строку, в которой из «истины» следует «ложь». Все значения исходного высказывания равны «истине». Следовательно, данная формула логики высказываний является тавтологией.

Пример 10. Составьте таблицу истинности для формулы логики высказываний и определите, является ли она тавтологией, противоречием или ни тем, ни другим.

Решение. Составляем таблицу истинности:

И	И	И	И	И	И
И	И	Л	И	Л	Л
И	Л	И	Л	И	И
И	Л	Л	Л	Л	И
Л	И	И	Л	И	И
Л	И	Л	Л	Л	И
Л	Л	И	Л	И	И
Л	Л	Л	Л	Л	И

Как видно ниже, таблица истинности для такой замещающей логической операции идентична таблице истинности для импликации.

И	И	И
И	Л	Л
Л	И	И
Л	Л	И

Пример 11. Перепишите формулу логики высказываний без использования импликации и эквиваленции, пользуясь тождеством и законами де Моргана:

;

.

Заменяем импликацию между двумя парами скобок, отрицая самый левый знак отрицания:

.

Убираем эквиваленцию между p и q и между q и не r :

.

Используя закон де Моргана, немного упрощаем и окончательно получаем:

.

Посылки и выводы. Валидный и не валидный аргумент

Пример валидного аргумента:

То есть, из посылок логически следует вывод.

Пример не валидного аргумента:

То есть, из посылок логически не следует вывод.

Пример 12. Проверьте валидность аргумента, если

Решение. Составляем таблицу истинности:

И	И	Л	И	И	И
И	Л	Л	Л	Л	И
Л	И	И	И	И	Л
Л	Л	И	И	И	И

Применение логики высказываний в информатике и программировании

Так, может быть объявлена логическая переменная с именем «ПользовательЗарегистрирован» (или его англоязычный аналог), имеющая форму высказывания, которой может быть присвоено логическое значение «истина» при выполнении условий, что данные для регистрации отправлены пользователем и эти данные программой признаны годными. В дальнейших вычислениях значения переменных могут меняться в зависимости от того, какое логическое значение («истина» или «ложь») имеет переменная «ПользовательЗарегистрирован». В других случах переменной, например, с именем «ДоДняХОсталосьБолееТрёхДней», может быть присвоено значение «Истина» до некоторого блока вычислений, а в ходе дальнейшего исполнения программы это значение может сохраняться или меняться на «ложь» и от значения этой переменной зависит ход дальнейшего исполнения программы.

Если в программе используются несколько логических переменных, имена которых имеют форму высказываний, и из них строятся более сложные высказывания, то намного проще разрабатывать программу, если перед её разработкой записать все операции с высказываний в виде формул, применяемых в логике высказываний, чем мы в ходе этого урока и займёмся.

Источник