形式陈述
相继式演算以
Γ ⇒ Δ 为基本判断,其中 Γ , Δ 是由一阶句法 公理库 一阶逻辑语法 First-order syntax 以符号表、项、原子公式、联结词和量词归纳生成一阶公式的语法系统。 生成的公式之有限序列或多重集,语义上表示 ⋀ Γ → ⋁ Δ 。规则分为结构规则(弱化、收缩、交换)、分别作用于左右两侧的逻辑规则以及切规则
Γ ⇒ Δ , A A , Π ⇒ Λ Γ , Π ⇒ Δ , Λ . 经典系统 LK 允许右侧多个公式;直觉主义系统 LJ 通常限制右侧至多一个公式。空左侧表示无前提,空右侧表示矛盾或不可达结论,具体解释随演算约定固定。
直觉
相继式演算把推理状态写成 Γ ⇒ Δ ,把“可用资源”和“目标候选”显式放在两侧。每条逻辑规则只分解一个主联结词,结构规则则管理上下文中的弱化、收缩与交换,因此证明像自顶向下消解公式复杂度,局部结构非常清晰;切规则则集中表达“使用中间引理”。
例子与边界
右合取规则把证明 Γ ⇒ A ∧ B 分解成分别证明 Γ ⇒ A 与 Γ ⇒ B ;左合取规则则可把假设 A ∧ B 展开成 A , B 。弱化允许加入未使用假设,收缩允许合并重复假设;在线性逻辑中这些结构规则不再普遍可用,说明它们并非纯排版操作。多后承 LK 能直接表达经典析取行为,单后承 LJ 则保留构造性。把 Γ , Δ 当集合会遮蔽收缩和交换是否为显式规则,因此定义时需声明上下文的数据结构。
要证明 P ∧ Q ⇒ P ,左合取规则把前提拆为 P , Q ⇒ P ,再由恒等公理结束。经典多后件系统允许 Δ 表示析取,直觉主义系统常限制右侧至多一个公式。随意删除左侧假设对应逆弱化,并非普遍合法规则。
推论与应用
切消定理 公理库 切消定理 Cut-elimination theorem · Hauptsatz 相继式演算中的切规则可被消去,从而得到只使用子公式的证明。 说明切规则虽方便却非证明力所必需,并导出子公式性质与一致性结果。作为 形式系统 公理库 形式系统 Formal system · Formal calculus 由符号、形成规则、公理与推导规则组成的精确定义系统。 ,相继式演算与 自然演绎 公理库 自然演绎 Natural deduction 用引入规则与消去规则直接刻画逻辑联结词推理行为的证明演算。 可互译,是证明搜索、自动定理证明和证明复杂度的标准框架,也为线性逻辑、显示逻辑和结构证明论提供可改造的骨架。
参考资料
A. S. Troelstra and H. Schwichtenberg, Basic Proof Theory, 2nd ed., Cambridge University Press, 2000,Chs. 4–6, Gentzen sequent calculi LK and LJ。
Heinz-Dieter Ebbinghaus, Jörg Flum, and Wolfgang Thomas, Mathematical Logic, 2nd ed., Springer, 1994,Part A, sequent systems and structural/logical rules。