逻辑公式相等的自动证明

1. 问题
有2个一阶逻辑公式G(a, b, c), H(a, b, c),如何能够证明G == H,或者G != H
如:(A∧B) ∧ (A∨C) == B ∧ [A∨(A∧C)]

2. 常规解法
我们可以通过公式推导,将右边的公式转化为左边的
(A∧B) ∧ (A∨C)
= A∧B∧(A∨C)
= B ∧ [A∧(A∨C)]
= B ∧ [(A∧A)∨(A∧C)]
= B ∧ [A∨(A∧C)]

常规解法具有不确定性,带有尝试的味道在里面,需要人的经验和感觉,不适合计算机进行推导

3. 计算机的推导
可以遍历左右公式

### 关于一阶逻辑机器证明的代码实现 在一阶逻辑中,自动定理证明器能够验证给定的一组公式的有效性或可满足性。为了展示如何通过编程来实现在一阶逻辑中的机器证明过程,下面提供了一个简化版的例子,该例子基于Python编写的一个基本解析树构建以及简单的合一算法。 #### 解析表达式并创建语法树 首先需要定义类结构用于表示不同的逻辑操作符及其参数: ```python class Expression: pass class Variable(Expression): def __init__(self, name): self.name = name def __repr__(self): return f'Variable({self.name})' class Constant(Expression): def __init__(self, value): self.value = value def __repr__(self): return f'Constant({str(self.value)})' class Predicate(Expression): def __init__(self, symbol, args=None): if not args: args = [] self.symbol = symbol self.args = args def __repr__(self): arg_str = ', '.join(map(str, self.args)) return f'Predicate("{self.symbol}", [{arg_str}])' ``` 接着是针对不同类型的逻辑连接词(如合取、析取等),这里仅列举部分作为示范: ```python from typing import List class ConnectiveType(Enum): AND = "∧" OR = "∨" class BinaryConnective(Expression): def __init__(self, type_: ConnectiveType, left: Expression, right: Expression): self.type_ = type_ self.left = left self.right = right def __repr__(self): return f'{type(self).__name__}(left={self.left}, right={self.right}, op="{self.type_.value}")' # 定义具体的二元联结词子类 class And(BinaryConnective): ... class Or(BinaryConnective): ... def parse_expression(expression_string: str) -> Expression: """将字符串形式的一阶逻辑表达式转换成相应的Expression对象""" # 这里省略具体实现细节... raise NotImplementedError() ``` #### 合一算法(Unification Algorithm) 合一是在两个谓词之间找到一组替换使得它们相等的过程。这是许多自动化推理系统的核心组件之一: ```python Substitution = Dict[str, Any] def unify(x: Expression, y: Expression, theta: Substitution = None) -> Optional[Substitution]: """ 对两个表达式执行合一. 参数: x (Expression): 表达式1 y (Expression): 表达式2 theta (Optional[Dict]): 当前已有的代入集 返回值: 如果成功则返回新的代入集合;如果失败,则返回None。 """ if theta is None: theta = {} if isinstance(x, Variable) and isinstance(y, Variable): if x.name == y.name: return theta elif x.name in theta or y.name in theta: return _unify_var_with_term(theta.get(x.name), y, theta.copy()) else: new_theta = theta.copy() new_theta[x.name] = y return new_theta elif isinstance(x, Variable): return _unify_var_with_term(x, y, theta) elif isinstance(y, Variable): return _unify_var_with_term(y, x, theta) elif type(x) != type(y): return None elif isinstance(x, Constant) and isinstance(y, Constant): return {**theta} if x.value == y.value else None elif isinstance(x, Predicate) and isinstance(y, Predicate): unified_args = list(zip_longest(x.args, y.args)) # 假设长度相同 for i, (xi, yi) in enumerate(unified_args): result = unify(xi, yi, theta=theta) if result is None: return None theta.update(result) return theta else: return None def _unify_var_with_term(var: Variable, term: Expression, subst: Substitution) -> Optional[Substitution]: occurrence_check = any(isinstance(t, Variable) and t.name == var.name for expr in [term] + ([term.args] if hasattr(term, 'args') else []) for t in flatten(expr)) if occurrence_check: return None elif var.name in subst: return unify(subst[var.name], term, subst=subst) else: updated_subst = subst.copy() updated_subst[var.name] = term return updated_subst ``` 上述代码片段展示了如何利用Python语言特性去设计一个基础框架来进行一阶逻辑下的机器证明工作。当然实际应用中还需要考虑更多因素比如效率优化、错误处理机制等等[^1]。
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