Lógica de Primeira Ordem -2. Tautologias e quantificação

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1 Lógica de Primeira Ordem -2 Lógica dos Quantificadores Múltiplos Quantificadores Tradução Referência: Language, Proof and Logic Jon Barwise e John Etchemendy, 1999 Capítulos: 10, 11 1 Tautologias e quantificação Tautologia, consequência tautológica e equivalência tautológica- rever noções para frases com quantificadores x (Cube(x) Small(x)) x Cube(x) x Small(x) x Cube(x) x Small(x) x (Cube(x) Small(x)) Argumentos válidos Validade independente dos quantificadores presentes? Lógica de Primeira Ordem-2 Cristina Ribeiro/ Gabriel David LPO 2-1

2 Tautologias e quantificação x (Cube(x) Small(x)) x Cube(x) x Small(x) Validade dos argumentos depende dos quantificadores presentes x Cube(x) x Small(x) x (Cube(x) Small(x)) x Cube(x) x Cube(x) x Cube(x) x Cube(x) x Cube(x) x Cube(x) é verdade lógica não é verdade lógica étautologia não são tautologias Lógica de Primeira Ordem-3 Tautologias e substituição Tautologia- substituindo uma frase atómica por uma frase arbitrária, continua a ser uma tautologia Exemplo (A B) ( B A) é tautologia ( y (P(y) R(y)) x (P(x) Q(x))) ( x (P(x) Q(x)) y (P(y) R(y))) étautologia A mesma frase poderia ter sido obtida por substituição em A B ou em (A B) C que não são tautologias Como saber se uma frase arbitrária pode ser obtida por substituição a partir de uma tautologia? Lógica de Primeira Ordem-4 Cristina Ribeiro/ Gabriel David LPO 2-2

3 Forma funcional e tautologia Para frase arbitrária: pode determinar-se sistematicamente uma forma funcional, em que as partes quantificadas são substituídas por símbolos Algoritmo - progredir da esquerda para a direita na frase - ao encontrar uma frase atómica, substituí-la por uma letra - ao encontrar um quantificador, identificar a frase a que se aplica e substituí-la por uma letra - nas substituições, usar a mesma letra para frases iguais Frase de 1ª ordem é tautologia se a sua forma funcional o é Fitch: Taut Con usa a forma funcional para testar se frase é tautologia ou consequência tautológica de outras Lógica de Primeira Ordem-5 Verdade, consequência e equivalência Argumento válido: a conclusão é verdadeira em todas as circunstâncias possíveis em que as premissas o forem Na lógica proposicional: tabelas de verdade capturam a noção de circunstâncias possíveis e significado das conectivas Em 1ª ordem: necessário atender às conectivas, aos quantificadores e ao símbolo de igualdade Proposicional Tautologia Consequência Tautológica Equivalência tautológica 1ª Ordem Validade FO Consequência FO Equivalência FO Conceito geral Verdade lógica Consequência Lógica Equivalência Lógica Lógica de Primeira Ordem-6 Cristina Ribeiro/ Gabriel David LPO 2-3

4 Verdade, consequência e equivalência Validade FO, Consequência FO e Equivalência FO Verdades lógicas, consequências lógicas e equivalências lógicas que se verificam devido ao significado das conectivas funcionais, dos quantificadores e do símbolo de identidade Inclusão da identidade quase todas as linguagens a incluem é essencial na tradução de frases de linguagem natural Validade FO Verdade lógica que não depende do significado dos predicados, para além da identidade 1. x SameSize(x, x) 2. x Cube(x) Cube(b) 3. (Cube(b) b=c) Cube(c) 4. (Small(b) SameSize(b, c) Small(c) Todas são verdade lógicas Só 2 e 3 são válidas FO Como se reconhece: substituindo predicados por nomes sem significado Lógica de Primeira Ordem-7 Consequência FO Consequência FO Consequência lógica que não depende do significado dos predicados, para além da identidade x (Tet(x) Large(x)) Large(b) Tet(b) Provar não consequência FO Elaborar contra-exemplo de 1ª ordem x Larger(x,a) x P(x,a) x Larger(b, x) x P(b, x) Larger(c,d) P(c,d) Larger(a,b) P(a,b) x (P(x) Q(x)) Q(b) P(b) Interpretação: P é Gosta c e d gostam um do outro a e b não gostam de ninguém e ninguém gosta deles Lógica de Primeira Ordem-8 Cristina Ribeiro/ Gabriel David LPO 2-4

5 Testar Validade e Consequência FO Método de substituição 1. Substituir todos os símbolos de predicado para além da identidade, bem como todos os símbolos de função, por símbolos sem significado 2. Para testar validade FO da frase S descrever uma situação, com intrepretação dos nomes, predicados e funções, em que S seja falsa 3. Para verificar se S é uma consequência FO de P1,, Pn tentar encontrar uma situação, com interpretação dos nomes, predicados e funções, em que S seja falsa com P1,, Pn verdadeiros; se não existe tal situação S é uma consequência FO de P1,, Pn Fitch: FO Con testa se frase é consequência FO de outras Lógica de Primeira Ordem-9 Tautologia, Validade FO e Verdade Verdades lógicas Válidas FO Tautologias Tet(a) Tet(a) x Cube(x) Cube(a) x LeftOf(x,x) Toda a tautologia é válida FO Todoa a frase válida FO é verdade lógica Lógica de Primeira Ordem-10 Cristina Ribeiro/ Gabriel David LPO 2-5

6 Equivalências FO Equivalência lógica de wff s com variáveis livres duas wff s são logicamente equivalentes se as frases resultantes da substituição das suas variáveis livres por nomes são logicamente equivalentes útil para usar equivalências proposicionais dentro de frases de 1ª ordem Generalizar princípio da substituição P e Q são wff s e S(P) é frase que contém P como componente Se P e Q são logicamente equivalentes, P Q também o são S(P) e S(Q): S(P) S(Q) Lógica de Primeira Ordem-11 Equivalências FO x (P(x) Q(x)) x P(x) x Q(x) x (P(x) Q(x)) x P(x) x Q(x) x (P(x) Q(x)) x P(x) x Q(x) x (P(x) Q(x)) x P(x) x Q(x) Há casos em que o quantificador universal pode passar para dentro da disjunção ou o existencial para for a da conjunção: quantificação nula Se x não é livre na wff P, tem-se x P P x P P x (P Q(x)) P x Q(x) x (P Q(x)) P x Q(x) Se x não é livre em P Lógica de Primeira Ordem-12 Cristina Ribeiro/ Gabriel David LPO 2-6

7 Frases com múltiplos quantificadores Várias ocorrências do mesmo quantificador à cabeça y z (Cube(y) Tet(z) LeftOf(y,z)) x y ((Cube(x) Tet(y)) LeftOf(x,y)) Quantificadores como prefixos de subfrases y (Cube(y) z (Tet(z) LeftOf(y,z))) x (Cube(x) y (Tet(y) LeftOf(x,y))) Relação entre variáveis quantificadas Todo o cubo está ou à esquerda ou à direita de qualquer outro cubo x y ((Cube(x) Cube(y)) (LeftOf(x,y) RightOf(x,y))) é afirmação falsa em qualquer mundo com pelo menos 1 cubo: y ((Cube(b) Cube(y)) (LeftOf(b,y) RightOf(b,y))) (Cube(b) Cube(b)) (LeftOf(b,b) RightOf(b,b)) x y ((Cube(x) Cube(y) x y) (LeftOf(x,y) RightOf(x,y))) Lógica de Primeira Ordem-13 Quantificadores misturados x (Cube(x) y (Tet(y) LeftOf(x,y))) Todo o cubo está à esquerda de um tetraedro Outra forma (Prenex): x y (Cube(x) (Tet(y) LeftOf(x,y))) Ordem entre quantificadores iguais: indiferente x y Gosta(x,y) x y Gosta(x,y) y x Gosta(x,y) y x Gosta(x,y) Ordem entre quantificadores diferentes: é importante x y Gosta(x,y) y x Gosta(x,y) Lógica de Primeira Ordem-14 Cristina Ribeiro/ Gabriel David LPO 2-7

8 Tradução passo a passo Problema: frases em LN com várias frases nominais quantificadas Solução: traduzir parcialmente Todo o cubo está à esquerda de um tetraedro Todo o cubo verifica uma propriedade x (Cube(x) x está-à-esquerda-de-um-tetraedro) x está-à-esquerda-de-um-tetraedro: usando x como um nome, dá a frase quantificada y (Tet(y) LeftOf(x,y)) Compondo as duas x (Cube(x) y (Tet(y) LeftOf(x,y))) Lógica de Primeira Ordem-15 Parafrasear LN Tradução passo a passo, usando a estrutura da frase em LN pode induzir traduções que não são frases em LPO Se uma pessoa pratica um desporto radical, então tem de ser corajosa x(pessoa(x) y (Desporto(y) Radical(y) Pratica(x,y))) Corajosa(x) Parafraseando: Toda a pessoa que pratica um desporto radical tem de ser corajosa x((pessoa(x) y (Desporto(y) Radical(y) Pratica(x,y))) Corajosa(x)) Ao traduzir de LN para LPO: objectivo é obter frase com o significado da original pode ser necessário alterar a forma superficial da frase Lógica de Primeira Ordem-16 Cristina Ribeiro/ Gabriel David LPO 2-8

9 Ambiguidade e sensibilidade ao contexto Problemas com a tradução LN -LPO poucos conceitos primitivos na LPO algumas afirmações resultam pouco naturais para resolver fazem-se cicumlóquios LN é ambígua e LPO não necessário escolher entre diversas interpretações e usar o contexto De hora a hora uma pessoa é assaltada na cidade do Porto; vamos agora entrevistá-la... Tradução da 1ª frase x(hora(x) y (Pessoa(y) AssaltadoDurante(y,x))) Tradução revista atendendo à 2ª frase y(pessoa(y) x (Hora(x) AssaltadoDurante(y,x))) Tradução mais natural não é determinada pela forma da frase: De hora a hora alguém da secretaria tem tentado ligar-te; Lógica de Primeira Ordem-17 Tradução com símbolos de função Funções: expressam relação entre objectos Tudo o que se exprime com símbolos funcionais pode ser expresso com símbolos de relação mãe MãeDe Símbolo de função unária Predicado binário mãe(rui) = fernanda MãeDe(fernanda, rui) Com função: x MaisVelha(mãe(x),x) Com predicado: x y(mãede(y, x) MaisVelha(y,x)) só diz que cada pessoa tem pelo menos 1 mãe que é mais velha que o próprio x y(mãede(y, x) MaisVelha(y,x)) só diz que todas as mães de todas as pessoas são mais velhas que elas Lógica de Primeira Ordem-18 Cristina Ribeiro/ Gabriel David LPO 2-9

10 Captar dependência funcional Captar que a relação MãeDe é funcional: cada pessoa tem pelo menos 1mãe, e no máximo 1 mãe x ymãede(y, x) x y z((mãede(y, x) MãeDe(z, x)) y=z) Frase que capta as duas afirmações x y(mãede(y, x) z(mãede(z, x) y=z)) Para exprimir x MaisVelha(mãe(x),x) pelo menos 1 mãe no máximo 1 mãe x y(mãede(y, x) MaisVelha(y,x) z(mãede(z, x)) y=z)) Tudo o que se pode exprimir com um símbolo de função n-ário pode ser expresso com um predicado de aridade n+1 mais o predicado identidade, a expensas da complexidade da frase resultante Lógica de Primeira Ordem-19 Forma Prenex Todo o cubo à esquerda de um tetraedro está atrás de um dodecaedro x[(cube(x) y(tet(y) LeftOf(x,y))) y(dodec(y) BackOf(x,y))] Tradução mais natural tem quantificações dentro de subexpressões Forma normal Prenex Q 1 v 1 Q 2 v 2... Q n v n P Q i : ou v i : variável P : wff sem quantificadores Uso da forma normal: Medida da complexidade da fórmula: número de alternâncias nos quantificadores Demonstração automática de teoremas Lógica de Primeira Ordem-20 Cristina Ribeiro/ Gabriel David LPO 2-10

11 Conversão na forma Prenex x[(cube(x) y(tet(y) LeftOf(x,y))) y(dodec(y) BackOf(x,y))] x y z[(cube(x) Tet(y) LeftOf(x,y)) (Dodec(z) BackOf(x,z))] Não basta puxar os quantificadores para o prefixo y(tet(y) quantificador passa a universal porque está logicamente dentro de um 2 quantificadores para a variável y: necessário renomear xp xq x[p Q] xp xq x [P Q] xp Q x[p Q] se x não é livre em Q xp Q x [P Q] se x não é livre em Q Q xq se x não é livre em Q Q xq se x não é livre em Q Lógica de Primeira Ordem-21 Exemplo x[(c(x) y(t(y) L(x,y))) y(d(y) B(x,y))] x[ (C(x) y(t(y) L(x,y))) y(d(y) B(x,y))] x[ y(c(x) T(y) L(x,y)) y(d(y) B(x,y))] x[ y (C(x) T(y) L(x,y)) y(d(y) B(x,y))] x[ y (C(x) T(y) L(x,y)) z(d(z) B(x,z))] x y[ (C(x) T(y) L(x,y)) z(d(z) B(x,z))] x y[ z (C(x) T(y) L(x,y)) z(d(z) B(x,z))] x y z[ (C(x) T(y) L(x,y)) (D(z) B(x,z))] x y z[ (C(x) T(y) L(x,y)) (D(z) B(x,z))] Substituições inválidas! xp xq x[p Q] xp xq x [P Q] Lógica de Primeira Ordem-22 Cristina Ribeiro/ Gabriel David LPO 2-11

12 Usos dos quantificadores Afirmações numéricas um certo número de objectos verifica uma propriedade Distinção entre objectos Nomes distintos não têm de referir objectos distintos Variáveis distintas não têm de ter domínios diferentes Cube(a) Small(a) Cube(b) x y(cube(x) Small(x) Cube(y)) verdadeiras num mundo com 1 objecto Cube(a) Small(a) Cube(b) Large(b) x y(cube(x) Small(x) Cube(y) LeftOf(x,y)) há 2 objectos distintos x y(cube(x) Small(x) Cube(y) x y) Lógica de Primeira Ordem-23 Cristina Ribeiro/ Gabriel David LPO 2-12