Lec 5: 逻辑等价、蕴涵与范式¶
1. 逻辑等价与逻辑蕴含¶
1.1 逻辑等价式 (Logical Equivalence)¶
当命题公式 \(A \leftrightarrow B\) 是重言式时,称 \(A\) 逻辑等价于 \(B\),记作 \(A \equiv B\)。
基本等价律¶
| 定律 | 公式 |
|---|---|
| 双重否定律 | \(\lnot\lnot A \equiv A\) |
| 幂等律 | \(A \lor A \equiv A\), \(A \land A \equiv A\) |
| 交换律 | \(A \lor B \equiv B \lor A\), \(A \land B \equiv B \land A\) |
| 结合律 | \((A \lor B) \lor C \equiv A \lor (B \lor C)\), \((A \land B) \land C \equiv A \land (B \land C)\) |
| 分配律 | \(A \land (B \lor C) \equiv (A \land B) \lor (A \land C)\), \(A \lor (B \land C) \equiv (A \lor B) \land (A \lor C)\) |
| 德摩根律 | \(\lnot(A \lor B) \equiv \lnot A \land \lnot B\), \(\lnot(A \land B) \equiv \lnot A \lor \lnot B\) |
| 吸收律 | \(A \lor (A \land B) \equiv A\), \(A \land (A \lor B) \equiv A\) |
| 蕴涵等值式 | \(A \to B \equiv \lnot A \lor B\) |
| 等价等值式 | \(A \leftrightarrow B \equiv (A \to B) \land (B \to A)\) |
| 零律 | \(A \lor T \equiv T\), \(A \land F \equiv F\) |
| 同一律 | \(A \lor F \equiv A\), \(A \land T \equiv A\) |
| 排中律 | \(A \lor \lnot A \equiv T\) |
| 矛盾律 | \(A \land \lnot A \equiv F\) |
| 假言易位 | \(A \to B \equiv \lnot B \to \lnot A\) |
| 归谬论 | \(A \to B \land A \to \lnot B \equiv \lnot A\) |
| 等价等值式2 | \(A \leftrightarrow B \equiv (A \land B) \lor (\lnot A \land \lnot B)\) |
1.2 逻辑蕴涵式 (Logical Implication)¶
当命题公式 \(A \to B\) 是重言式时,称 \(A\) 逻辑蕴涵 \(B\),记做 \(A \models B\)。
- 公式 \(A\) 的所有成真赋值都是公式 \(B\) 的成真赋值
- \(A \equiv B\) 可以看作 \(A \models B \land B \models A\)
- 推广形式:\(\Gamma \models B\) — \(\Gamma\) 中所有公式的合取逻辑蕴涵 \(B\)
常用蕴涵式¶
| 蕴涵式 | 说明 |
|---|---|
| \(A \models A \lor B\) | 附加律 |
| \(A \land B \models A\) | 化简律 |
| \(A \land (A \to B) \models B\) | 假言推理 |
| \((A \to B) \land \lnot B \models \lnot A\) | 拒取式 |
| \(\lnot A \land (A \lor B) \models B\) | 析取三段论 |
| \((A \to B) \land (B \to C) \models A \to C\) | 假言三段论 |
| \((A \to B) \land (C \to D) \models (A \land C) \to (B \land D)\) | |
| \((A \leftrightarrow B) \land (B \leftrightarrow C) \models A \leftrightarrow C\) |
2. 代入原理与替换原理¶
- 代入原理:将永真式 \(A\) 中的某个命题变元全部替换为某个命题公式 \(B\),结果仍为永真式
- 替换原理:将公式 \(A\) 中的子公式 \(C\) 替换为与其逻辑等价的公式 \(D\),结果与原公式等价
3. 范式 (Normal Forms)¶
3.1 基本概念¶
- 文字 (literal):命题变元或其否定,如 \(p\)、\(\lnot p\)
- 简单析取式:仅由有限个文字构成的析取式,如 \(p \lor \lnot q \lor r\)
- 简单合取式:仅由有限个文字构成的合取式,如 \(p \land \lnot q \land r\)
3.2 析取范式 (Disjunctive Normal Form, DNF)¶
- 有限个简单合取式的析取
- 例:\((p \land q) \lor (\lnot p \land r)\)
3.3 合取范式 (Conjunctive Normal Form, CNF)¶
- 有限个简单析取式的合取
- 例:\((p \lor q) \land (\lnot p \lor r)\)
3.4 主范式¶
- 主析取范式:每个简单合取式都包含所有命题变元或其否定
- 主合取范式:每个简单析取式都包含所有命题变元或其否定