Le forme normali • Utilizziamo i teoremi di sostituzione per la costruzione delle forme normali • Le forme normali vengono introdotte per semplificare il procedimento di verifica delle tautologie • I dimostratori automatici più efficienti non agiscono sulle formule della logica proposizionale completa, ma richiedono che ciascuna formula venga posta in forma normale • Studiemo le seguenti forme normali – forma normale negativa – forma normale congiuntiva – forma normale disgiuntiva 1 Forma normale negativa Una formula proposizionale X viene detta in forma normale negativa se gli unici simboli di negazione in X occorrono davanti alle lettere proposizionali. Ogni formula proposizionale può essere messa in forma normale negativa 2 Notazione uniforme • Per ridurre il numero di casi che devono essere considerati quando si trattano tecniche e metodi di dimostrazione, conviene considerare un piccolo numero di connettivi di base e prendere gli altri come derivati. • Useremo la notazione uniforme di Smullyan che mette a disposizione un vasto insieme di connettivi senza dover considerare un gran numero di casi nelle dimostrazioni e nelle definizioni. • raggruppiamo le formule proposizionali delle forme (X ◦ Y ) e ¬(X ◦ Y ) (◦, connettivo primario) in due categorie – α-formule (congiuntive) – β-formule (disgiuntive) 3 α- formule e β-formule α α1 α2 β β1 β2 X1 ∧ X2 ¬(X1 ∨ X2) ¬(X1 ⊃ X2) ¬(X1 ⊂ X2) ¬(X1 ↑ X2) X1 ↓ X2 X1 ̸⊃ X2 X1 ̸⊂ X2 X1 ¬X1 X1 ¬X1 X1 ¬X1 X1 ¬X1 X2 ¬X2 ¬X2 X2 X2 ¬X2 ¬X2 X2 ¬(X1 ∧ X2) X1 ∨ X2 X1 ⊃ X2 X1 ⊂ X2 X1 ↑ X2 ¬(X1 ↓ X2) ¬(X1 ̸⊃ X2) ¬(X1 ̸⊂ X2) ¬X1 X1 ¬X1 X1 ¬X1 X1 ¬X1 X1 ¬X2 X2 X2 ¬X2 ¬X2 X2 X2 ¬X2 4 Altri tipi di formule Abbiamo anche: • Le formule ⊤, ⊥, P , ¬P , ¬⊤, ¬⊥. • Le formule di tipo ¬¬Z In questo modo esauriamo tutti i tipi di formule 5 Principio di induzione strutturale Sia Q ⊆ Prop. Se Caso Base: Ogni formula atomica e la sua negazione ha la proprietà Q, Passo induttivo: • se Z ha la proprietà Q, anche ¬¬Z ha la proprietà Q, • se α1 ed α2 hanno la proprietà Q, anche α ha la proprietà Q, • se β1 e β2 hanno la proprietà Q, anche β ha la proprietà Q, allora Q = Prop. 6 Principio di ricorsione strutturale Sia B = ATProp ∪ ¬ATProp, D ̸= ∅ e •g : B → D • h¬¬ : D → D • lα : D × D → D • lβ : D × D → D esiste unica f : Prop → D tale che • f (X) = g(X), X ∈ B • f (¬¬X) = h¬¬(f (X)), X ∈ Prop • f (α) = lα(f (α1), f (α2)), α, α1, α2 ∈ Prop • f (β) = lβ (f (β1), f (β2)), β, β1, β2 ∈ Prop 7 Congiunzioni e disgiunzioni generalizzate Sia X1, . . . , Xn una lista di formule proposizionali (possibilmente vuota). • [X1, . . . , Xn] è la disgiunzione generalizzata di X1, . . . , Xn • ⟨X1, . . . , Xn⟩ è la congiunzione generalizzata di X1, . . . , Xn Semantica Se v è una valutazione booleana, in aggiunta alle altre condizioni richiediamo che • v([X1, . . . , Xn]) = t ⇔ esiste un i ∈ {1, . . . , n} tale che v(Xi) = t • v(⟨X1, . . . , Xn⟩) = t ⇔ per ogni i ∈ {1, . . . , n}, v(Xi) = t 8 Letterali, clausole, formule normali • Un letterale è una lettera proposizionale, o la sua negazione, o una delle costanti ⊤, ⊥ (Lit = ATProp ∪ ¬P) • Una clausola è una disgiunzione generalizzata [X1, . . . , Xn] in cui ogni membro è un letterale • Una clausola duale è una congiunzione generalizzata ⟨X1, . . . , Xn⟩ in cui ogni membro è un letterale • Una CNF (Conjunctive Normal Form) è una congiunzione generalizzata di clausole ⟨C1, . . . , Cn⟩ • Una DNF (Disjunctive Normal Form) è una disgiunzione generalizzata di clausole duali [D1, . . . , Dn] 9 Il sistema di dimostrazione dei tableaux semantici Il metodo dei tableaux è un modo per dimostrare una formula logica in maniera sistematica: • un certo numero di regole di inferenza • delle istruzioni su come applicarle 10 Caratteristiche del metodo dei tableaux 1. Metodologia di dimostrazione • Generalmente per refutazione e distinzione per casi • In maniera duale i tableaux possono essere visti come dimostratori di validità • I casi da analizzare (per la dimostrazione di una formula) vengono determinati in modo corretto ed esaustivo • Maniera sistematica per derivare un contro-esempio per un’asserzione 11 Caratteristiche del metodo dei tableaux 2. Aspetti semantici • Le regole di inferenza seguono la semantica dei connettivi logici • Nel caso proposizionale una dimostrazione fallita fornisce un contro-esempio per l’asserzione che doveva essere provata 12 Regole di espansione per tableaux proposizionali ¬⊤ ⊥ ¬⊥ ⊤ ¬¬Z Z α α1 α2 • Coincidono con le regole di riscrittura per DNF • Consentono di trasformare un tableau (albero) in un altro tableau 13 β β1 | β2 Definizione di tableau Sia {A1, . . . , An} ⊆ Prop 1. Il seguente albero con un ramo solo A1 .. An è un tableau per {A1, . . . , An} 2. Se T è un tableau per {A1, . . . , An} e T ∗ viene ottenuto a partire da T attraverso l’applicazione di una regola di espansione per tableaux, allora T ∗ è un tableau per {A1, . . . , An} 14 Alcune definizioni Sia T un tableau, θ un ramo • θ è chiuso se esiste X formula in Prop, tale che X, ¬X ∈ θ, oppure se ⊥ ∈ θ • θ è atomicamente chiuso se esiste P ∈ P, tale che P, ¬P ∈ θ , oppure se ⊥ ∈ θ • T è chiuso se per ogni ramo θ ∈ T , θ è chiuso, ossia un tableau è chiuso se lo sono tutti i suoi rami • T è atomicamente chiuso se per ogni ramo θ ∈ T , θ è atomicamente chiuso 15 Alcune definizioni Se esiste un tableau chiuso per ¬X, X è un teorema del sistema dei tableaux proposizionali e si scrive ⊢pt X {X : ⊢pt X} è l’insieme dei teoremi del sistema dei tableaux proposizionali Si dimostra che {X : ⊢pt X} = {X : |=p X} attraverso i teoremi di correttezza (⊢pt X ⇒ |=p X) e completezza (|=p X ⇒ ⊢pt X) 16