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Kripke 模型过滤法

Kripke model filtration · Filtration method in modal logic

按有限公式集的真值类型合并世界,并在商模型中保持这些公式满足性的有限化方法。

条目类型
方法

形式陈述

M=(W,R,V)Kripke 模型Σ 是有限且对子公式封闭的模态公式集。在 W 上定义

xΣyAΣ(M,xAM,yA),

其中 模态满足关系。过滤后的世界集为 WΣ=W/Σ,世界 x 的等价类记为 [x]。因为每个类由 Σ 中公式的真值向量决定,

|WΣ|2|Σ|.

pΣ 定义 VΣ(p)={[x]:M,xp};其他原子的赋值可以任取,因为过滤引理只承诺保持 Σ 中公式。商关系常夹在两条边界关系之间:

[x]Rmin[y]x[x]y[y](xRy),[x]Rmax[y]BΣ(M,xBM,yB).

子公式封闭保证 Rmax 不依赖代表元。任取满足

RminRΣRmax

的关系,得到过滤模型 MΣ=(WΣ,RΣ,VΣ)。过滤引理断言:对每个 AΣ

M,xAMΣ,[x]A.
直觉

过滤法只保留目标公式真正能够提出的问题。若两个世界对 Σ 中每个公式都给出相同答案,模态语言在这次任务里就无法区分它们,可以合并成一个状态。世界可能无限多,有限公式的真假档案却最多只有 2|Σ| 种。

关系不能直接任意投影。Rmin 保证原模型中真实存在的边不会丢失见证,Rmax 保证新添的商边不会违反已经为真的方框义务。把商关系夹在两者之间,正好同时支持菱形的见证方向与方框的全称方向。

例子与边界

取无限模型 W=N,只有边 nR(n+1),并令 p 恰在偶数世界为真。选

Σ={p,p}.

偶数 2k 满足 p、不满足 p;奇数 2k+1 不满足 p、满足 p。因此所有世界只分成偶类 E 与奇类 O。最小商关系有 ERminOORminE,过滤后的两世界环准确保留 Σ 中两条公式在每类的真值。无限链的具体位置消失了,奇偶交替这一层可观察行为仍在。

Σp 却不含其子公式 p,两个对 p 看法相同、对 p 看法不同的世界可能被错误合并;随后商模型无法稳定定义后继对 p 的义务。对子公式封闭不是排版习惯,而是结构归纳能够落到下一层公式的必要条件。

过滤也不自动保留所有框架性质。Rmin 可能破坏传递性,Rmax 又可能加入过多边而破坏其他条件。证明 S4、S5 或某个公理化框架类具有有限模型性质时,必须选择并验证适合该类的过滤关系;K 的无约束框架不面临这项额外责任。

推论与应用

若公式 A 在某模型世界为真,取 Σ=Sub(A),过滤引理给出至多 2|Σ| 个世界的有限模型仍使 A 为真。对反模型同理,这直接证明 K 的有限模型性质

有限上界还给出朴素判定过程:枚举不超过该界的有点模型并检查 A¬A。这个过程远非最优,但把“存在有限见证”提升为可终止搜索需要一个可计算的界;只有抽象的有限模型性质而没有有效信息时,不能直接宣称得到算法。

过滤等价按一组公式的真值定义,模态互模拟则用原子、forth、back 的局部条件定义。二者都保留模态公式,却服务于不同任务:过滤主动压缩一个模型,互模拟比较两个模型的行为;过滤商映射也不必天然就是互模拟。

参考资料
  • Patrick Blackburn, Maarten de Rijke, and Yde Venema, Modal Logic, Cambridge University Press, 2001, Chapter 2, “Model Constructions,” filtration section。
  • Alexander Chagrov and Michael Zakharyaschev, Modal Logic, Oxford University Press, 1997, Chapter 5, canonical models and filtration。
  • Brian F. Chellas, Modal Logic: An Introduction, Cambridge University Press, 1980, §3.6, filtration。
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