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正规模态逻辑

Normal modal logic · Normal modal system

包含命题重言式与 K 公理,并对代入、modus ponens 和必然化封闭的模态证明系统。

条目类型
模型

形式陈述

在含一元算子 的命题语言中,正规模态逻辑 L 是一组公式,满足:

  1. 包含所有经典命题重言式;
  2. 包含分配公理
K:(AB)(AB);
  1. 对一致代入与 modus ponens 封闭;
  2. 对必然化规则封闭:若 AL,则 AL

AL 写作 LA。这是一种句法可推导性:公理模式与规则必须先固定,不能由公式恰好在某个模型为真来定义。与之对应的模态满足关系提供语义;可靠性或完备性是连接两者的元定理,不是“正规”一词自动包含的条件。

必然化只作用于无开放前提的定理:

LALA.

若从局部假设 Γ 推出 A,一般不能直接推出 A。带前提的后承关系需另行约定为局部后承或全局后承,两种约定对必然化与演绎定理的处理不同。

所有正规模态逻辑都包含最小系统 K;再加入公理模式 T、4、B、D、5 等得到更强系统。正规性只固定 对逻辑蕴涵的基本行为,不预先选择可达关系是否自反、传递或串行。

直觉

正规系统把“必然”当成一种尊重有效推理的运算。若 AB 在每个相关情形都成立,而且 A 在每个相关情形都成立,那么 B 也在每个相关情形成立,这就是 K 公理。若 A 根本是不依赖任何假设的逻辑定理,那么在每个世界重申它仍然成立,这就是必然化。

这两个原则没有声称当前世界属于自己的可达范围,也没有声称可达关系能继续传递。因而“所有正规逻辑都认可”与“关于知识或时间听起来合理”是两种判断。后者必须用附加公理及其框架条件精确表达。

例子与边界

正规规则可以推出 保持定理等价。若 LAB,分别对 ABBA 必然化,再各用一次 K 与 modus ponens,得到

LAB.

同理可导出

L(AB)(AB).

正向使用命题定理 A(BAB) 的必然化与两次 K,反向则必然化两个投影定理。这个推导展示分配能力来自 K 与规则,而不是把 当作普通字符串前缀。

错误的必然化可从一个开放假设看出。由假设 p 当然能推出 p;若据此推出 p,就会把“当前世界偶然满足 p”升级成“所有可达世界都满足 p”。在有边 wRvp 仅在 w 为真的模型中,前者真而后者假。因此局部假设不能无条件送入方框。

正规逻辑也不自动接受 AA。在没有自环的世界,所有后继满足 A 与当前世界满足 A 没有必然联系。类似地,AA 需要传递性,AA 需要串行性;把这些额外公式写进“正规”的定义会抹去不同模态系统的结构差异。

推论与应用

模态逻辑 K是所有正规模态逻辑的交,也是只用上述公理与规则生成的最小系统。更强的正规逻辑可按包含关系组织成格;添加公理会缩小相应反模型类,却可能改变有限模型性质、复杂度和典范性。

Kripke 语义中,K 公理在每个框架上有效,必然化也保持框架有效性,因此正规系统天然适配关系语义。反向并非每个正规逻辑都由某个初等可定义的框架类完整刻画;Kripke 完备性、有限框架完备性和一阶可定义性是彼此不同的性质。

Gödel 翻译的目标 S4 是一个正规模态逻辑:它在 K 上加入 T 与 4。翻译正确性依赖这两条附加原则,不能只因 K 已经正规就把目标降为任意正规系统。

参考资料
  • Patrick Blackburn, Maarten de Rijke, and Yde Venema, Modal Logic, Cambridge University Press, 2001, Chapter 4, normal modal logics and proof systems。
  • George E. Hughes and Max J. Cresswell, A New Introduction to Modal Logic, Routledge, 1996, Chapters 2–3, system K and extensions。
  • Alexander Chagrov and Michael Zakharyaschev, Modal Logic, Oxford University Press, 1997, Chapter 3, modal logics。
关系图谱10 个相邻概念 · 1 类关系

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