高级数理逻辑试卷参考答案

前言

要考高级数理逻辑了,和舍友整理了一波去年高级数理逻辑的答案,可能有错误。仅供参考,被坑了,概不负责。嘿嘿嘿。参考了王元元的《现代逻辑学》,李文生老师的PPT,和BigPan老师的讲义,北邮科技酒店的往年试题集合。


修改

  1. 修改了简答题第一题中的问题,有朋友指出 ¬ □ ¬ A → ◊ A \neg \Box \neg A \rightarrow \Diamond A ¬¬AA是不成立的。因为命题A的可达世界可能不存在。关于必然和可能以及可达世界的问题。我在这篇博客里面稍微讲了一下。可以参考一下可能与必然
  2. 有朋友指出去年的题目的图和试卷29页的图以及老师讲义上面的图不一样。因此答案不能直接抄。所以这里写一下这道大题的流程。

图1 题目上
图2 题目下

一.简答题

1.原来的归结过程如下, 是 有 问 题 的 \color{red}是有问题的


C ∗ = ¬ ( ◊ A → ◊ B ) ∗ ∧ ( ◊ ( A → B ) ) ∗ = ¬ ( ¬ ( ◊ A ) ∗ ∧ ( ◊ B ) ∗ ) ) ∧ □ ( A → B ) ∗ = ¬ ( ¬ □ A ∗ ∧ □ B ∗ ) ∧ □ ( ¬ A ∗ ∧ B ∗ ) = ( □ A ∗ ∨ ¬ □ B ∗ ) ∧ □ ¬ ( A ∗ ∨ ¬ B ∗ ) ¬ C ∗ = ¬ ( □ A ∗ ∨ ¬ □ B ∗ ) ∨ ¬ □ ¬ ( A ∗ ∨ ¬ B ∗ ) = ¬ ( □ A ∗ ∨ ¬ □ B ∗ ) ∨ ◊ ( A ∗ ∨ ¬ B ∗ ) = ¬ ( □ B ∗ → □ A ∗ ) ∨ ◊ ( B ∗ → A ∗ ) = ( □ B ∗ → □ A ∗ ) → ◊ ( B ∗ → A ∗ ) \begin{aligned} C^* &= \neg(\Diamond A \rightarrow \Diamond B)^* \land (\Diamond(A \rightarrow B))^* \\ &= \neg(\neg(\Diamond A)^* \land (\Diamond B)^*)) \land \Box(A \rightarrow B)^* \\ &= \neg(\neg \Box A^* \land \Box B^*) \land \Box(\neg A^* \land B^*) \\ &= (\Box A^* \lor \neg \Box B^*) \land \Box \neg(A^* \lor \neg B^*) \\ \neg C^* &= \neg (\Box A^* \lor \neg \Box B^*) \lor \neg \Box \neg(A^* \lor \neg B^*) \\ &= \neg (\Box A^* \lor \neg \Box B^*) \lor \Diamond(A^* \lor \neg B^*) \\ &= \neg(\Box B^* \rightarrow \Box A^*) \lor \Diamond(B^* \rightarrow A^*) \\ &= (\Box B^* \rightarrow \Box A^*) \rightarrow \Diamond(B^* \rightarrow A^*) \end{aligned} C¬C=¬(AB)((AB))=¬(¬(A)(B)))(AB)=¬(¬AB)(¬AB)=(A¬B)¬(A¬B)=¬(A¬B)¬¬(A¬B)=¬(A¬B)(A¬B)=¬(BA)(BA)=(BA)(BA)


其中 ¬ C ∗ \neg C^* ¬C第一步是不成立的,如前所说 ¬ □ ¬ A → ◊ A \neg \Box \neg A \rightarrow \Diamond A ¬¬AA不成立。所以修改之后的答案是这样的。

C = ( ◊ A → ◊ B ) → ◊ ( A → B ) C ∗ = ¬ ( ◊ A → ◊ B ) ∗ ∧ ( ◊ ( A → B ) ) ∗ = ¬ ( ¬ ( ◊ A ) ∗ ∧ ( ◊ B ) ∗ ) ∧ □ ( A → B ) ∗ = ¬ ( ¬ □ A ∗ ∧ □ B ∗ ) ∧ □ ( ¬ A ∗ ∧ B ∗ ) = ( □ A ∗ ∨ ¬ □ B ∗ ) ∧ □ ¬ ( A ∗ ∨ ¬ B ∗ ) ¬ C ∗ = ¬ ( □ A ∗ ∨ ¬ □ B ∗ ) ∨ ¬ □ ( ¬ A ∗ ∧ B ∗ ) = ¬ ( □ B ∗ → □ A ∗ ) ∨ ¬ □ ( ¬ A ∗ ∧ B ∗ ) = ( □ B ∗ → □ A ∗ ) → ¬ □ ( ¬ A ∗ ∧ B ∗ ) \begin{aligned} C &= (\Diamond A \rightarrow \Diamond B) \rightarrow \Diamond (A\rightarrow B) \\ \\ C^* &= \neg(\Diamond A \rightarrow \Diamond B)^* \land (\Diamond(A \rightarrow B))^* \\ &= \neg(\neg (\Diamond A)^*\land(\Diamond B)^*)\land \Box(A \rightarrow B)^* \\ &= \neg(\neg \Box A^* \land \Box B^*) \land \Box(\neg A^* \land B^*) \\ &= (\Box A^* \lor \neg \Box B^*) \land \Box\neg(A^* \lor \neg B^*) \\ \\ \neg C^* &= \neg(\Box A^* \lor \neg \Box B^*) \lor \neg\Box(\neg A^* \land B^*) \\ &= \neg(\Box B^* \rightarrow \Box A^*) \lor \neg\Box(\neg A^* \land B^*) \\ &= (\Box B^* \rightarrow \Box A^*) \rightarrow \neg\Box(\neg A^* \land B^*) \end{aligned} CC¬C=(AB)(AB)=¬(AB)((AB))=¬(¬(A)(B))(AB)=¬(¬AB)(¬AB)=(A¬B)¬(A¬B)=¬(A¬B)¬(¬AB)=¬(BA)¬(¬AB)=(BA)¬(¬AB)

2.FS 合理性(soundness):称形式系统 FS 是合理的,FS 的任意公式 A 有:├FS A ,则|=M A , M 为所有结构; FS 完备性(Completeness):称形式系统 FS 是完备的,如果对 FS 的任意公式 A 有:若|=M A ,则├FS A ,这里 M 为 FS 所讨论的一类结构;

3.常元:常元表示个体域中的一个确定个体。如:5,Zhang San 等。 变元:变元可以用来表示个体域上的任意个体,是不确定的。 自由变元:自由变元是真正的变元,可以将个体域中的任意个体代入到自由变元中。类似于 数学中的变元。 约束变元:约束变元并不是实际意义的变元(数学意义上的变元)。约束变元是为表达某种 想的辅助符号。 自由变元与约束变元的对比:

自由变元 约束变元

可代入 不可代入

不可改名 可改名

4.形式系统 FS 称为可判定的,如果存在一个算法,对 FS 对的任一公式 A,可确定├A 是否成立,否则称 FS 是可判定的;如果上述算法对定理能作出判断, 而对于非定理未必终止(作判断),称 FS 为半可判定的;

  • FS 为可判定的,当且仅当定理集合为递归集;

5.Herbrand 定理:子句集 S 为不可满足的,当且仅当 S 的基例的有穷集合是不可满足的。

证明: 假设 S 的有限个基例为 S1 ,S2 …Sn 。

1、 当有限个基例不可满足,则 S 为不可满足的 S├S1 ∧S2 ∧…∧Sn 因此,如果{ S1 , S2 ,…,Sn}为不可满足的,则 S 一定不可满足。

2、 当 S 为不可满足时,有限基例为不可满足的。 l 反证法:假设 S 不可满足,但是有限基例都为可满足的。 l 则根据紧致性,有所有的基例集合是可满足的。 l 需要语义树的定理来证明,我们略。

二.判断题

1 F

◊ ( A → ( B → A ) ) \Diamond (A \rightarrow (B\rightarrow A)) (A(BA))不是永真式, □ ( A → ( B → A ) ) \Box (A \rightarrow (B\rightarrow A)) (A(BA))才是, 因为这个公式的可能世界可能不存在。参考试卷第1页第8题和第29页第9题

2 F

见试卷第1页第4题,x可能不是A中的自由变元

3 F

见现代逻辑学152页,假如A没有可能世界,就可以同时满足

4 T

在命题逻辑中,对不可满足的子句集S,归结原理是完备的,即:若子句集不可满足,则必然存在一个从S到空子句的归结演绎;若存在一个从S到空子句的归结演绎,则S一定是不可满足的。但是,对于可满足的子句集S,用归结原理得不到任何结果。

百度百科归结原理

5 F

满足传递性 ↔ ◊ ◊ A → ◊ A \leftrightarrow \Diamond \Diamond A \rightarrow \Diamond A AA成立。见试卷第9页。可以举个反例,例如, w 1 w_1 w1可达世界 w 2 w_2 w2,而 w 2 w_2 w2可达世界 w 3 w_3 w3,假设A在 w 3 w_3 w3成立,而在 w 2 w_2 w2不成立

6 T

见试卷19页8题

7 T

见试卷第9页第9题

8 F

可能 ∑ \sum 本身就是错的

9 T

根据BigPan说的,感觉是错的,就是对的,哈哈哈,瞎猜的

10 F

符号还要求是可数集合,见老师讲义01,2.2.3

三. 选择题

1.AD(B?)

等价性代表自反,对称,传递。而自反可以推导出连续。对称+传递->欧几里得性质。所以B正确(欧几里得表达式,但是试卷1页1题中却没有选择它)。而D和连续性等价。所以正确。A与传递性有关(见试卷9页第5题)。

2.C

A中可能世界可能不存在,比如从w1开始。B由于不满足连续性,比如w3,就不成立。D同理

C可能不对。自反+传递为偏序,见现代逻辑学149

3.BD

P 1 ( x ) P_1(x) P1(x)中的x是约束变元, P 2 ( x ) P_2(x) P2(x)中的x是自由变元。 p 3 ( y ) p_3(y) p3(y)中的y是约束变元, P 4 ( z ) P_4(z) P4(z)中的z是自由变元

4.BCD

见讲义4.6,一阶谓词逻辑是半判定的。

5.D

对于A,除非x1是无穷小。B中后继不可能比前面的小。C中变元v不确定。

四.证明计算题

  1. 见试卷29页证明题第2题

  2. 没有时间解释原理了,快,上车。

图3 题目图片

求A到Z的程序

  • 这里目标是Z,表达为 ← G o ( z ) \leftarrow Go(z) Go(z)
  • 出发点是A,表达为 G o ( A ) ← Go(A) \leftarrow Go(A)
  • 我们可以看到 A → B → E → Y → Z A \rightarrow B \rightarrow E \rightarrow Y \rightarrow Z ABEYZ是一条可达路径。我们把这些可达关系表示一下,出发点在右边,终点在左边。得到以下子句, G o ( B ) ← G o ( A ) Go(B) \leftarrow Go(A) Go(B)Go(A), G o ( E ) ← G o ( B ) Go(E) \leftarrow Go(B) Go(E)Go(B), G o ( Y ) ← G o ( E ) Go(Y) \leftarrow Go(E) Go(Y)Go(E), G o ( Z ) ← G o ( Y ) Go(Z) \leftarrow Go(Y) Go(Z)Go(Y)
  • 好了,接下来我们把子句整理一下。进行归结。所谓归结就是把在 ← \leftarrow 左右两边相同的部分消掉。例如 G o ( Z ) ← G o ( Y ) Go(Z) \leftarrow Go(Y) Go(Z)Go(Y) ← G o ( Z ) \leftarrow Go(Z) Go(Z)就可以得到 ← G o ( Y ) \leftarrow Go(Y) Go(Y)。若左右两边相同,则得到空子句 □ \Box

← G o ( z ) 1 G o ( A ) ← 2 G o ( B ) ← G o ( A ) 3 G o ( E ) ← G o ( B ) 4 G o ( Y ) ← G o ( E ) 5 G o ( Z ) ← G o ( Y ) 6 ← G o ( Y ) ( 1 , 6 ) 7 ← G o ( E ) ( 5 , 7 ) 8 ← G o ( B ) ( 4 , 8 ) 9 ← G o ( A ) ( 3 , 9 ) 10 □ ( 2 , 10 ) \begin{aligned} \leftarrow Go(z) && 1\\ Go(A) \leftarrow && 2\\ Go(B) \leftarrow Go(A) && 3 \\ Go(E) \leftarrow Go(B) && 4 \\ Go(Y) \leftarrow Go(E) && 5 \\ Go(Z) \leftarrow Go(Y) && 6 \\ \leftarrow Go(Y) && (1,6) 7 \\ \leftarrow Go(E) && (5,7) 8\\ \leftarrow Go(B) &&(4,8) 9 \\ \leftarrow Go(A) &&(3,9)10 \\ \Box(2,10) \end{aligned} Go(z)Go(A)Go(B)Go(A)Go(E)Go(B)Go(Y)Go(E)Go(Z)Go(Y)Go(Y)Go(E)Go(B)Go(A)(2,10)123456(1,6)7(5,7)8(4,8)9(3,9)10
3. 见李文生PPT中43页

  1. 不会,放弃

  2. 见试卷29证明题第3题

五.参考资料下载链接

为了满足大家打印的需求,把我用到的资料都放在这里。

图3 参考资料截图

链接:https://pan.baidu.com/s/1si357WPM4eg1JCWYvRYECQ
提取码:3jxv

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