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模型Model

相继式演算

施工中 · 内容逐步修订

Sequent calculus

以左右公式序列构成相继式并用结构规则和逻辑规则推导的证明演算。

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,AA,Π⇒ΛΓ,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,先由恒等公理得到 P⇒P,再用左弱化加入 Q 得到 P,Q⇒P,最后用左合取规则得到目标。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,相继式演算与相应逻辑的自然演绎可互译。自然演绎侧重联结词的引入、消去和临时假设的解除;相继式演算则把左右上下文及其结构规则直接写进判断。互译保留的是可证明的结论,不表示两边原本使用同一种证明对象。相继式演算是证明搜索、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。
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