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命题逻辑

Propositional logic · Propositional calculus

研究命题如何通过逻辑联结词组合以及公式在真值赋值下何时成立。

条目类型
模型

形式陈述

命题公式从命题变量出发,经联结词 ¬,,, 有限递归生成。真值赋值 v 把变量映到 {0,1},并按各联结词的真值函数唯一扩张到全部公式;当 φv 下为真时,记作 vφ

若至少存在一个赋值满足 φ,称 φ 可满足;若没有赋值满足它,称其不可满足;若所有赋值都满足它,称其为永真式,并简写为 φ。两个公式在每个赋值下真值相同,称为语义等价。对公式集 Γ

Γφv((γΓ, vγ)vφ).

固定一套公理和推理规则后,从 Γ 可形式推导 φ 记为 Γφ 讨论所有赋值, 讨论有限形式证明;标准命题演算的可靠性与完备性断言二者等价,但这必须对所选演算证明。

直觉

命题逻辑把完整陈述视为不可再分析的布尔变量,只研究“整句话的真假如何组合”。它不观察对象、量词或谓词内部结构,因此表达力有限,却拥有简单完备的真值表语义和可判定推理;公式的语法树与赋值递归决定真值,真值表也由此提供有限、机械的语义检查方法。

例子与边界

P¬P 是重言式;P¬P 不可满足。命题逻辑不能表达“所有对象”或“存在某个对象”,这些量化结构需要一阶逻辑。

公式

(PQ)(¬PR)

在赋值 P=,Q=,R= 下为真,而在 P=,Q=,R= 下为假。命题逻辑只把 P,Q,R 当作整体真假值,不分析它们内部谈论的对象。因而它能机械检查有限布尔组合,却不能在固定有限公式中表达“每个自然数都有后继”这类量化结构;这需要一阶逻辑

推论与应用

真值表判定永真与等价,合取范式连接 SAT、布尔电路与数字电路验证;程序条件表达式的推理也建立在这一层上。自然演绎、相继式演算和 可靠性与完备性共同建立语法—语义闭环。

有界模型检查把有限步转移与坏状态编码成命题公式,PDR/IC3则从 SAT 反例中学习归纳子句。二者使用命题逻辑作为求解接口,但要验证的对象仍是状态系统,性质是否成立也仍量化其全部相关执行。

参考资料
  • Herbert B. Enderton, A Mathematical Introduction to Logic, 2nd ed., Academic Press, 2001, §1.1–1.3.
  • Michael Huth and Mark Ryan, Logic in Computer Science, 2nd ed., Cambridge University Press, 2004, Chapter 1.
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