Lógica Matemática e Elementos de Lógica Digital

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1 Lógica Matemática e Elementos de Lógica Digital Curso: Ciência da Computação Lívia Lopes Azevedo livia@ufmt.br

2 Apresentação Plano de ensino Curso Conceitos básicos de lógica lógica proposicional Comportamento analógico e digital Álgebra booleana e circuitos lógicos Circuitos combinacionais Circuitos seqüenciais Circuitos de memória Introdução ao Microprocessador

3 O que é lógica? Embora existam muitas definições para o campo de estudo da lógica, essas definições não diferem essencialmente umas das outras; há um certo consenso entre os autores de que a Lógica tem, por objeto de estudo, as leis gerais do pensamento, e as formas de aplicar essas leis corretamente na investigação da verdade. Lógica é a análise de métodos de raciocinio. A lógica é uma Ciência de índole matemática fortemente ligada à Filosofia. Um sistema lógico, por sua vez, é um conjunto de axiomas e regras de inferência que visam representar, formalmente, um raciocínio válido.

4 LÓGICA MATEMÁTICA ELEMENTOS DE LÓGICA DIGITAL Breve Retrospecto PERÍODO ARISTOTÉLICO (± 390 a.c. a ± 1840 d.c.) A história da Lógica tem início com o filósofo grego Aristóteles ( a.C.) na Macedônia. Aristóteles criou a ciência da Lógica cuja essência era a teoria do silogismo (certa forma de argumento válido). Gottfried Wilhelm Leibniz ( ) merece ser citado, apesar de seus trabalhos terem tido pouca influência nos 200 anos seguidos e só foram apreciados e conhecidos no século XIX. 4

5 LÓGICA MATEMÁTICA ELEMENTOS DE LÓGICA DIGITAL Breve Retrospecto PERÍODO BOOLEANO :(± 1840 a ± 1910) George Boole ( ) e Augustus De Morgan ( ). Gotlob Frege ( ) suas ideias foram reconhecidas depois de 1905 avanço lógica Giuseppe Peano ( ) - simbologia matemática - escola 5

6 LÓGICA MATEMÁTICA ELEMENTOS DE LÓGICA DIGITAL Breve Retrospecto PERÍODO ATUAL: ( ) Bertrand Russell ( ) e Alfred North Whitehead ( ) David Hilbert ( ) e sua escola alemã com von Neuman, Bernays, Ackerman e outros Kurt Gödel ( ) e Alfred Tarski ( ) 6

7 Há outros pontos de vista para a lógica? Clássica, baseada em linguagem natural Matemática ou simbólica Booleana Circuitos Modal Plurivalente Nebulosas (fuzzy) Probabilisticas Intucionista

8 Linguagem natural «o produto de um número pela soma de dois outros é igual ao produto do primeiro pelo segundo somado ao produto do primeiro pelo terceiro» Linguagem simbólica ou formal «Se x, y, z são números, arbitrários, x.(y+z) = x.y + x.z» Objetivo da linguagem simbólica é exprimir com correção e exatidão o pensamento e os resultados do conhecimento científico.

9 No estudo desses métodos a lógica esta interessada, principalmente, na forma e não no conteúdo dos argumentos. «Todo molusco é invertebrado. O caracol é um molusco. Logo, o caracol é invertebrado.» «Todo cão late. Totó é um cão. Portanto, Totó late.» Do ponto de vista da lógica, esses argumentos têm a mesma estrutura e forma. «Se todo X é Y. Z é um X. Logo Z é Y».

10 Toda linguagem necesssita de um alfabeto e uma fórmula ou expressão. Alfabeto formado por todo os simbolos matematicos e letras do alfabeto latino e grego. (α, a, +, є, V, F) Expressão formada pela concatenação de simbolos do alfabeto Ex. a + y 3 є (3, 5, 7) Linguagem de programacão Abce não se refere a palavra do alfabeto + 3 = є 7 x ou objeto matematico, logo não é uma expressão

11 O conceito mais elementar no estudo da lógica é o de Proposição. Proposição vem de propor que significa submeter à apreciação; requerer um juízo. Trata-se de uma sentença declarativa algo que será declarado por meio de termos, palavras ou símbolos e cujo conteúdo poderá ser considerado verdadeiro ou falso. Ao afirmar a Terra é maior que a Lua, estamos diante de uma proposição cujo valor lógico é verdadeiro. Quando falarmos em valor lógico estaremos nos referindo a um dos dois possíveis juízos que atribuiremos a uma proposição: verdadeiro (V) ou falso (F)

12 Chama-se de proposição ou enunciado a expressão que correlaciona objetos ou descreve propriedade desse objeto. Uma proposição exprime um pensamento de sentido completo Ex. A lua é satelite da terra 3x5 = 5x3 Pedro estuda e trabalha

13 Expressões da forma: Qual o seu nome? Que dia lindo! Escreva um artigo. Não são consideradas proposições Feliz Ano Novo. Em lógica consideramos apenas as proposições que são declarativas e que só admitem dois valores: verdadeiro (V) ou falso (F), um excluindo o outro. Ex. «duas retas de um plano são paralelas ou concorrentes» «Os humanos precisam de água para sobreviver»

14 Considere o seguinte: a. Dez é menor do que sete. b. Como vai você? c. Ela é muito talentosa. d. Existem formas de vida em outros planetas do universo. A frase (a) é uma proposição porque é falsa. Como o item (b) é uma pergunta, não pode ser considerado nem verdadeiro nem falso. Não tem valor-verdade e, portanto, não é uma proposição. Na frase (c) a palavra ela é uma variável e a frase não é verdadeira nem falsa, pois ela não está especificada; portanto, (c) não é um enunciado. A frase (d) é um enunciado porque é verdadeira ou falsa; independentemente de sermos capazes de decidir qual dos dois.

15 A lógica matematica adota como regras fundamentais três princípios ou axiomas: Princípio da identidade Uma proposição verdadeira é verdadeira; uma proposição falsa é falsa. Princípio da Não-Contradição Nenhuma proposição poderá ser verdadeira e falsa ao mesmo tempo. Ou seja, não é possível afirmar e negar o mesmo predicado para o mesmo objeto ao mesmo tempo; ou ainda, de duas afirmações contraditórias, uma é necessariamente falsa. Princípio do Terceiro Excluído Uma proposição ou será verdadeira, ou será falsa: não há outra possibilidade.

16 Exemplos de proposições 1 O Brasil ganhou a copa de 2014 (F) 2 Jorge Amado escreveu «mar morto» (V) 3 ¾ é um numero inteiro (F) 4 Brasilia é capital do Brasil (V) 5 O maior jogador do mundo é Maradona (F) 6 O número 2 é primo (V)

17 Argumentos lógicos Se eu ganhar sozinho na Mega Sena, serei rico Eu ganhei na Mega Sena Logo, sou rico conclusão premissas Como a conclusão sou rico é uma decorrência lógica das duas premissas, esse argumento é considerado válido. A validade do argumento está diretamente ligada à forma pela qual ele se apresenta.

18 Se eu ganhar na Loteria, serei rico Não ganhei na Loteria conclusão Logo, não sou rico premissas Embora seja semelhante ao anterior, tem outra forma, e, nessa forma, a conclusão não se segue logicamente das premissas, e, portanto, não é um argumento válido. Se jogamos bem, ganhamos. Ganhamos, logo, jogamos bem. Na verdade jogamos mal, mas o adversário jogou pior e o juiz nos ajudou.

19 A Lógica dispõe de duas ferramentas que podem ser utilizadas pelo pensamento na busca de novos conhecimentos: a dedução e a indução Dedução - Os argumentos dedutivos pretendem que suas premissas forneçam uma prova conclusiva da veracidade da conclusão. Um argumento dedutivo é válido quando suas premissas, se verdadeiras, fornecem provas convincentes para sua conclusão. Um argumento dedutivo é dito inválido quando for impossível que as premissas sejam verdadeiras e a conclusão falsa. Tvs antigas são preto e branco Pinguins são preto e branco Logo, Pinguins são tvs antigas

20 Indução - Os argumentos indutivos não pretendem que suas premissas forneçam provas cabais da veracidade da conclusão, mas apenas que forneçam indicações dessa veracidade. Joguei uma pedra no lago, e a pedra afundou; Joguei outra pedra no lago e ela também afundou; Joguei mais uma pedra no lago, e também esta afundou; Logo, se eu jogar uma outra pedra no lago, ela vai afundar. Os termos válidos e inválidos não se aplicam aos argumentos indutivos; eles costumam ser avaliados de acordo com a maior ou menor possibilidade com que suas conclusões sejam estabelecidas. Os argumentos indutivos partem do particular para o geral, isto é, a partir de observações particulares, procura estabelecer regras gerais.

21 LÓGICA MATEMÁTICA ELEMENTOS LÓGICA DIGITAL Analise a proposição p: Essa sentença é falsa. A frase é verdadeira ou falsa? Se p for falsa, a proposição é verdadeira Se p for verdadeira, a proposição é falsa Estamos diante de um paradoxo, pois a sentença não pode ser verdadeira e falsa simultaneamente Paradoxos são proposições que não admitem um único valor lógico, apesar de serem declarativas.

22 LÓGICA MATEMÁTICA ELEMENTOS LÓGICA DIGITAL Analise a proposição p: Pedro é analista ou não é analista r s Qual o valor lógico dessa proposição? As proposições ( r ) e ( s ) são contraditórias Ou seja, se uma for verdadeira a outra é falsa. Uma proposição simples ou composta que apresenta sempre o valor lógico (V), independente dos valores lógicos de suas proposições componentes, é denominado de Tautologia

23 Uma proposição logicamente verdadeira é aquela cuja verdade depende exclusivamente do arranjo de certas expressões, ditos vocábulos lógicos, e não de um texto empírico ou observacional. Esses vocábulos são: Ex. e, ou, não, se... então,... se somente se..., todo. «Sócrates é mortal e Zeus é um deus.» «João é cuiabano ou João não é cuiabano.» «Se todo homem é mortal e Sócrates é homem, então Sócrates é mortal.»

24 As partículas (vocábulos) lógicas: e, ou, não, se... então,... se somente se..., desempenham importante papel no estabelecimento das disciplinas, pois a partir de proposições simples podem ser formados proposições compostas. Normalmente as proposições são representadas por letras do alfabeto latino ou grego (p, q, t, α, β...)

25 Proposições simples p: 5 < 8 VL(p) = V q: o novo papa é alemão vl(q) = F r: João é médico vl(r) = F s: Pedro é analista vl(s) = V proposições compostas w= junção de r e s: (João é médico e Pedro é analista) vl(w) =??? t: comprarei um carro se e somente se ganhar dinheiro vl(t) =??? v: Paulo é matogrossense ou é goiano vl(v) =????

26 A veracidade de uma proposição simples é imediata, enquanto a veracidade de uma proposição composta depende de duas coisas: 1) do valor lógico das proposições compostas, 2) do tipo de conectivo lógico que as une. Conectivos a serem estudados: e, ou, não, se... então, se somente se,

27 LÓGICA MATEMÁTICA ELEMENTOS DE LÓGICA DIGITAL Conectivos Lógicos

28 LÓGICA MATEMÁTICA ELEMENTOS DE LÓGICA DIGITAL Analise a proposição p: Cuiabá é capital de Mato Grosso É uma proposição cujo valor lógico é verdadeiro A negação dessa proposição ~p seria: ~p: não é verdade que Cuiabá é capital de Mato Grosso ~p: Cuiabá não é capital de Mato Grosso Cujo valor lógico da negação é falso r: Computação está na área de humanas ~r: Computação não está na área de humanas ~r: Não é verdade que computação está na área de humanas.

29 Negação de p p ou p lê-se: não p Semântica da negação se p é verdadeira, então p é falsa se p é falsa, então ~p é verdadeira

30 Tabela Verdade descreve os valores lógicos de uma proposição em termos das combinações dos valores lógicos das proposições componentes e dos conetivos usados Tabela verdade negação p ~p V F F V

31 Conectivo «e» (^) and (. ) conjunção Definição Chama-se conjunção de duas proposições p e q a proposição representada por «p^q», cujo valor lógico é a verdade (V) quando as proposições p e q forem ambas verdadeiras, e falsidade (F) nos demais casos. Simbolicamente é representada por: «p^q», «p.q», «p and q» Reflete uma noção de simultaneidade

32 Ex. «Eu te darei uma bola e eu te darei uma chuteira» p: eu te darei uma bola q: eu te darei uma chuteira Valor lógico das proposições: Eu te darei uma bola p Eu te darei uma chuteira q Eu te darei uma bola e eu te darei uma chuteira p ^q V V V V F F F V F F F F Se as proposições p e q forem representadas como conjuntos, por meio de um diagrama, a conjunção " p e q " corresponderá à interseção do conjunto p com o conjunto q.

33 Exercício: Conjunção 1) Suponha que p e q são respectivamente V e F. Qual o valor lógico? p ~q ~p q ~p ~q 2) Determine o V(p), sabendo que V(q) = V e V(p q) = F

34 Conectivo «ou» (v) or ( + ) disjunção «p q», «p + q», «p or q» Definição Chama-se disjunção de duas proposições p e q a proposição representada por «p v q», cujo valor lógico é a falso (F) quando as proposições p e q forem ambas falsas, e verdadeiras (V) nos demais casos. lê-se: p ou q Reflete a noção de pelo menos uma

35 «Eu te darei uma bola ou eu te darei uma chuteira» Valor Lógico da proposição p: eu te darei uma bola q: eu te darei uma chuteira Eu te darei uma bola (p ) Eu te darei uma chuteira ( q ) Eu te darei uma bola ou eu te darei uma chuteira (p v q ) V V V V F V F V V F F F Se as proposições p e q forem representadas como conjuntos, por meio de um diagrama, a disjunção p e q" corresponderá à união do conjunto p com o conjunto q.

36 Exercício: Disjunção 1) Suponha que p e q são respectivamente V e F. Qual o valor lógico? p ~q ~p ~q ~~p ~q p ( p q) 2) Determine o V(p), sabendo que V(q) = F e V(p q) = F

37 Condição de duas proposições p e q p q lê-se: se p então q Definição Chama-se condição de duas proposições p e q a proposição representada por «p q», cujo valor lógico é a falso (F) quando a premissa é verdadeira e a conclusão é falsa, e verdadeiras (V) nos demais casos. Reflete a noção de implicação

38 «Se eu te der uma bola então eu te darei uma chuteira» Valor Lógico da proposição p: eu te der uma bola q: eu te darei uma chuteira Eu te darei uma bola (p ) Eu te darei uma chuteira ( q ) Se eu te der uma bola então eu te darei uma chuteira (p q ) V V V V F F F V V F F V A proposição p é condição suficiente para q. A proposição q é condição necessária para p. Se as proposições p e q forem representadas como conjuntos, por meio de um diagrama, a condicional p e q" corresponderá à inclusão do conjunto p no conjunto q.

39 Exercício: Condição 1) Determine o V(p), sabendo que V(q) = F e V(p q) = F V(q) = F e V(q p) = V 2) Determine o V(p) e V(q), sabendo que V(p q) = V e V(p q) = F V(p q) = V e V(p q) = F

40 Bicondição de duas proposições p e q p q lê-se: p se somente se q Definição Chama-se bicondicional uma proposição representada por «p se e somente se q» ou «p q», cujo valor logico é verdade (V) quando p e q sao ambas, verdadeiras ou falsas.

41 Eu te darei uma bola se, somente se eu te der uma chuteira» p: eu te darei uma bola q: eu te darei uma chuteira Eu te darei uma bola (p ) Eu te darei uma chuteira (q ) Eu te darei uma bola se somente se eu te der uma chuteira (p q ) V V V V F F F V F F F V p é condição necessária e suficiente para q. * q é condição necessária e suficiente para p Portanto p q é (p q ) e (q p) verdadeira, quando p e q são ambas verdadeiras ou ambas falsas falsa, quando p e q possuem valor verdade distintos

42 Exercício: Bicondição Determine o V(p), sabendo que V(q) = V e V(p q) = F V(q) = F e V(q p) = V 2) Determine o V(p) e V(q), sabendo que V(p q) = V e V(p q) = V V(p q) = V e V(p q) = V V(p q) = F e V( p q) = V

43 Exercícios Antes de iniciarmos o estudo sistemático da Lógica, exercitemos desde já nosso raciocínio, e apelemos ao velho e útil bom senso para resolver os seguintes problemas: Se eu não tenho carro, a afirmação meu carro não é azul é verdadeira ou falsa? Existe um ditado popular que afirma que toda regra tem exceção. Considerando que essa frase é, por sua vez, também uma regra, podemos garantir que é verdadeira? Ou que é falsa? Durante uma expedição, um explorador encontra uma caverna com três deuses: o deus da sinceridade, que sempre fala a verdade; o deus da diplomacia, que às vezes diz a verdade, às vezes, não; e o deus da falsidade, cujas declarações são sempre mentirosas. O deus A diz: B é o deus da sinceridade, mas o deus B retruca: Não, eu sou o deus da diplomacia, e o deus C completa: Nada disso, B é o deus da mentira. Afinal, quem é quem?

44 Havia três garotas, Sueli, Marcia e Diana. Suponha que os seguintes fatos são dados: a) Paulo ama ao menos uma das garotas; b) Se ele ama Sueli mas não Diana, então também ama Marcia; c) Ou ele ama Diana e Marcia ou nenhuma das duas; d) Se ele ama Diana, entao também ama Sueli; Qual das garotas voce conclui que Paulo ama?

45 Exercícios 1) Construção da tabela verdade para: a) p q b) p q F c) p (q r) (p q) (p r) d) (p q) e) (p q) f) p q p q g) p (q p) h) (p q) p q i) q q p j) p (q (q p)) k) (p ( p q)) l) p q (p q r) m) p r q r n) p r q r o) p (p r) q r p) (p q r) ( p q r)

46 2) Verifique se as informações dadas são suficientes para determinar o valor lógico da expressão: a) (p q) r, para V (r) = V b) (p +r) +((s q), para V(q) = F c) ((p+q) (p.q) ((r.p)+q)), para V(q) = V d) ((p q) p), para V(q) = V

47 3. Existe um ditado popular que afirma que toda regra tem exceção. Considerando que essa frase é, por sua vez, também uma regra, podemos garantir que é verdadeira? Ou que é falsa? 4. Durante uma expedição, um explorador encontra uma caverna com três deuses: o deus da sinceridade, que sempre fala a verdade; o deus da diplomacia, que às vezes diz a verdade, às vezes, não; e o deus da falsidade, cujas declarações são sempre mentirosas. O deus A diz: B é o deus da sinceridade, mas o deus B retruca: Não, eu sou o deus da diplomacia, e o deus C completa: Nada disso, B é o deus da mentira. Afinal, quem é quem?

48 Referência: Daghlian, J., Lógica e Álgebra de Boole, Atlas, São Paulo, Cesar, A. Mortari, Introdução à Lógica, Ed. Unesp, São Paulo, Sousa, J. N., Lógica para a Ciência da Computação, Ed. Campus, São Paulo, 2012.