Predikatna logika 2.del [•KANE JERMAN POVZETEK V pričujočem članku se bomo seznanili najprej z aksiomalsko teorijo predikatnega računa in nekaterimi posebnostmi pri prevajanju tega računa. Pokazali bomo tudi na kratko, da je PR nadaljevanje KSR, pri čemer bomo pustili ob strani vprašanje modalne predikatne logike in sploh večvrediiostne račune, ter se posvetili zgolj dvovalentni predikatni logiki. ABSTRACT PREDICA TE LOGIC 2.PAR T In this article we first acquaint ourselves with the axiomatic theory of the predicate calculation and some peculiarities in the transplation of this calculation. We shall show in short that PC is a continuation of CSC, where we shall leave aside the question of the modal predicate logic and polyvalent calculations in general and devote ourselves only to bivalent predicate logic. 1. Gre, kot smo ?,c omenili, za ožji račun s kvantifikatorji, kar pomeni, da imamo poleg individualne variable in konstante ter obeh kvantifikatorjev samo enomestne predikate, se pravi predikate, ki se nanašajo na en sam subjekt. S tem je popolnoma jasno, da gre za atrihutivno logiko, oz. stavke. Podobno kot v stavčni logiki, gre tudi tu za ekstcnzionalno logiko, se pravi logiko, v kateri je mogoče računati s posameznimi logičnimi enotami, ali z drugim i besedami - kjer je mogoče posamezne logične entitete (stavke, predikatne stavke) reducirati na njihove logične (resničnostne) vrednosti, čeprav je treba dodati, da predikatna logika ne pa/, na mehanskega postopka verifikacije, kot ga stavčna logika. To je že leta 1936 povsem nedvoumno dokazal ameriški logik Alonzo Church, kar pa ne pomeni, da ne bi za posamezna matematična področja mogli to storili. Tako je poljski logik Alfred Tarski leta 1948 iznašel odločitveno metodo za elementarno algebro realnih števil. Predikatna logika prvega reda, kot tudi pravimo logiki s kvantifikatorji in cnomestnimi predikati pa je kompletna ali popolna, kar pomeni tole: čc a logično izhaja iz ß, potem je a izpeljiv izraz iz p, kar je leta 1930 dokazal nemški logik Kurt Gödel. Kot v stavčni logiki gre tudi pri predikalni logiki za ugotavljanje njenih zakonov, sc pravi vedno veljavnih logičnih stavkov. Kdaj pa so predikatni stavki logično resnični? Odgovor je preprost: takrat, ko je resnična njihova individualna interpretacija resnična. Z drugimi besedami: v pravem smislu besede so resnični samo tisti predikatni stavki, katerih bistvena prvina so individualne konstante. To pa pomeni, da predikatni stavki z individualnimi variahlami niso niti resnični niti neresnični. Za kaj gre pri tem nam bo razvidno iz preprostega primera. Vzemimo formulo: V(x) F(x) ali za člane razreda "x" velja, da imajo lastnost F. Ta stavek očitno ne more biti niti resničen niti neresničen. Če vstavimo za "x" npr. "drevo", za predikatno konstanto "I7" pa "je zelen", dobimo stavek "Za vse člane razreda 'drevo' velja, da so zeleni". Natanko vzeto bi ta stavek verificiralo natanko toliko individualnih stavkov, kolikor je dreves. Torej "ai" a "a2" itd. Že s tega primera je jasno, da stavka V(x) F(x) ne moremo niti verificirati, niti falsificirati. To lahko počnemo le z individualnim i stavki, torej s tistimi, katerih subjekti so lastna imena. Obstaja pa vendarle način, kako priti do predikatnih zakonov. Izhajajmo iz poznavanja stavčno logičnih zakonov. Vzemimo kar najpreprostejšega med njimi: zakon istovetnosti: P — P Če stavčno variablo "p" zamenjamo za predikatno formulo Vxf(x) — Vxr(x) potem dobimo predikatno logično preslikavo stavčno logičnega zakona. Trdim lahko, da lahko vse zakone stavčne logike preslikamo v predikatno logične zakone. Ali drugače: Vsi stavčno logični zakoni veljajo tudi v predikatni logiki. Nastane pa vprašanje, ali obstajajo tudi zakoni, ki veljajo zgolj v predikatni logiki. Odgovor j esc veda pritrdilen, saj v nasprotnem primeru ne bi bilo nobene razlike med obema računoma, vemo pa, da s stavčno logiko ni mogoče izrazili vseh zakonov, ki so evidentno logiški zakoni. Če sc zavedamo, da s predikatnim računom izražamo notranjo strukturo logičnih stavkov, potem je jasno, da sc bodo novi zakoni, ki jih s stavčno logiko ni mogoče izraziti, nanašali prvenstveno na tiste nove elemente, ki predikatno logiko prav postavljajo kot predikatno. Ali natančneje rečeno, novi zakoni se bodo nanašali na oba kvantifikatorja in na individualne variable, čeprav je jasno, da računa s kvanlifikatorji (kakor tudi imenujemo predikatno logiko) ne moremo izvajati brez poznavanja in upoštevanja zakonov stavčne logike. Stavčna logika ima tu vlogo temeljnega kamna cclotnc ckstcnzionalne logike. Čc pojmujemo logiko kol teorijo, ki nam omogoča poiskati pravilne sheme za sklepanje, kijih seveda izvajamo iz logičnih zakonov, potem lahko definiramo tavtologije predikatnega računa kot vedno resnične stavke, s čemer smo definirali logične zakone tudi v stavčni logiki. Ob naj opozorimo, da imamo v tem primeru opraviti s precej bogatejšim logiškim jezikom.1 2. V pričujočem sistemu bomo obravanavali le izraze z vezanimi variablami, se pravi, da bodo vse indivudalne variable, ki nastopajo v tem sistemu, vezane na enega izmed obeh kvantifikatorjev. Pojem prostih variabel se nanaša na tiste individualne variable, kijih ne veže noben kvantifikator. Uporabili bomo tele simbole: Splošni kvantifikator: V(x) Eksistencialni kvantifikator: 3(x) Individualne variable: x, y, z Simbole za predikatne izraze: a, ß, y, a(x), ß(x) itd. Tako izraz [ V y a (y) 3 y -- a (y)] pomeni npr. tavtologijo - Vy [ R (y) —► S (y)] **3y-«[R(y)—»S (y)] kjer je izraz a zamenjan za predikatni izraz " R (y) —» S (y)". Torej: izraze znotraj oklepajev (se pravi predikatne formule) bomo označevali z grškimi črkami, ker pomenijo skupno formo različnih logiških zakonov predikatnega računa. Treba jc še dodati definicije pravilno oblikovanih izrazov ali krajše POI: 1. Vsak izraz, sestavljen iz predikatne konstante in individualne variable, ki nastopajo po njem v oklepaju, je POI. Tako zvezo navadno imenujemo atomarni izraz. 2. Vsaka povezava dveh POI sstavčnimi logičnimi vezniki ( a, V, -* in ** ) je sama POI. 3. Vsak izraz, ki jc sestavljen iz " -> " (ncgacijc) pred POI, jc tudi sam POI. 4. Vsak izraz, ki ga sestavlja kvantifikator (univerzalni ali csksistencialni) ter veže določeno individualno variablo v oklepaju, ki vsebuje POI, je sam POI. 5. Vsak izraz, ki nastane iz atomarnih POI na podlagi logičnih operacij (izpeljevanja in substitucije) jc sam POI. Aksiomi PR so vsi tisti POI, ki zadovoljujejo naslednje logične izraze: t V nadaljevanju sc bom držal aksiomatskega sistema poljskega logika Andreja Grzegorczyka Zarys logiki malemalycznej, PWN, Varšava 1961, str. 118 ff. 2 V članku Predikatno logika (Anthropos, 3-4, 1990, str 83-92) je prišlo do nekaterih nejasnosti, povezanih s tiskom. Tako je treba preurediti in dopolniti seznam logiških terminov (str.83) takole: 1. Individualne konstante: a, b, c ... 2. Individualne variable: x, y, z ... 3. Predikatne konstante: f, g, h, ali F, G, H ... 4. Univerzalni kvantifikator: V(x) ali kar (x) 5. Eksistencialni kvantifikator: 3(x) itd. I. Poljubne tavtologijc KSR (klasičnega stavčnega računa), kjer so A. stavčne variable zamenjane za POI PR, in B. in so tako nastali izrazi opremljeni s splošnimi ali eksistencialnimi kvantifikatorji, ki vežejo nase vse v izrazu nastopajoče individualne variable.3 II. Tavtologijc, ki zadevajo splošne kvantifikatorje. 1.V...[Vx(a—ß)—(V xfif— V xß)] (Zakon porazdelitve implikacije) 2. V... [ V x ( x ) — a(a)] (Zakon substitucije ali prehoda od splošnega na posamezno). 3. V... [Vx V y a -* VyVxa ] (Zakon zamenljivosti Icvantifikatorjev) 4. V ... [ V x V y a -» V x a ( y/x )] (Zakon povezovanja splošnih kvantifikatorjev) 4 5. V ... T a —► V x a 1 5 (Zakon priključitve odvečnega kvantifikatorja) III. Tavtologijc, ki zadevajo eksistencialni kvantifikator. 6. V ... [ V x ( a — ß ) ( 3 x « — 3 x ß)] (Zakon porazdelitve implikacije) 7. V...[a(x) — 3xa(x)] (Zakon abstrahiranja konkretnosti) 8. V...[3x3ya —3y3xa] (Zakon premeščanja Icvantifikatorjev) 9. V ... [ 3 x a (y/x) — 3 x 3 y a ]6 (Zakon drobitve eksistencialnih Icvantifikatorjev) 10. V...(3xa —a)7 (Zakon opustitve odvečnega kvantifikatorja). Poleg navedenih zakonov so veljavne seveda vse druge tavtologijc od 1. do 10., ki bi nastale z nadomestitvijo x in y s poljubnim parom spremenljivk. Gregorzcykov aksiomatski sistem pa ima še dodatno predpostavko, namreč predpostavko nepraznosti: 3 x [ P (x) -» P (a)] ki pomeni tole: da iz stavka, da ima nekaj tako ali tako lastnost, sledi, da ima to lastnost neki individuum. Velja seveda tudi nasprotno: 3 S tem smo pravzaprav povedali, da v našem sistemu proxtih variabel za zdaj ne bomo upoštevali. 4 Avtor pojasnjuje ta zakon takole: "Ce izraz a ne vsebuje nobenega kvantifikatoija, ki bi vezal spremenljivko x, v čigar dosegu bi se nahajala spremenljivka y, potem lahko nadomestimo prosto variablo y vaz variablo x". (Idem, str. 120). 5 Ob posebnem pogoju seveda, da izraz a ne vsebuje proste spremenljivke x. 6 Ta zakon velja samo v primeru, da izraz a (y/x) ne vsebuje nobenega kvantifikatorja, ki bi vezal variablo y in v katerega dosegu bi bila prosta variabla x v a (y/x), in se izraz a (y/x) samo po tem razlikuje od a, da so vse variable y, ki so proste v a zamenjane v izrazu a (y/x) s spremenljivko x. 7 Ob pogoju, da a ne vsebuje proste variable x. P (a) - 3 P (x), torej trditev, da iz obstoja nečesa sledi tavtološko, daje vsaj ena stvar, ki ima tako in tako lastnost. 3. Oglejmo si zdaj, kako delujejo pravzaprav navedene tavtologije ali aksiomi. V prvi skupini so tavtologije KSR. Iz njih dobimo nove aksiome (predikatnega računa!) z navadno substitucijo. Tako iz tavtologije: P — [q — (PAq)] dobimo lahko večmestni predikatni izraz V (x) V (y) \R (x, y) - [ S (x, y) ( R (x, y) a S (x, y))]\ in to nc glede na to, kaj posamezni stavki pomenijo. Konstanti R in S v gornjem zapisu ne pomenijo običajnih enomestnih predikatov ampak relacije. Tako izraz "R(x,y)" pomeni, da vlada med x in y določen odnos (Za R je odnos "biti večji", x in y pa sta dve med seboj različni števili, npr." x = 4, y = 3", dobimo npr. izraz "4 jc večji od 3". Isto tavtologijo lahko transformiramo z enomestnimi predikatnimi izrazi, kjer uporabljamo za splošni predikatni stavek izraz V(x)f(x), ki ga beremo: "Za vsak x velja, da ima lastnost f"; za eksistencialni predikatni stavek pa uporabljamo izraz 3(x)f(x), kar beremo: "Eksistira vsaj en x, za katerega velja, da ima lastnost f'. Tako gornjo tavtologijo lahko izrazimo takole: (X)< f