Semânticas de Kripke
Uma semântica de Kripke - também conhecida como semântica relacional ou semântica de estruturas, e muitas vezes confundida com semântica de mundos possíveis - é uma semântica formal para sistemas lógicos não-clássicos criados no final dos anos 1950 e início dos anos 1960 por Saul Kripke. Ela foi feita primeiro para lógicas modais e, mais tarde adaptado para a lógica intuicionista e outros sistemas não-clássicos. A descoberta da semântica de Kripke foi um avanço na teoria das lógicas não-clássicas, pois a teoria dos modelos de tais lógicas era inexistente antes de Kripke. A semântica da lógica modalA linguagem da lógica modal proposicional consiste em um conjunto infinito contável de variáveis proposicionais , um conjunto de verdades funcionais conectivas(nesse artigo e ), e o operador modal ("necessariamente"). O operador modal ("possivelmente") é o dual de e pode ser definido em termos dele assim: ("possivelmente A" é definido como equivalente a "não necessariamente não A"). Definições básicasUm estrutura de Kripke ou um estrutura modal é um par , onde W' 'é um conjunto não-vazio, e R é uma relação binária sobre W. Elementos de W são denominados nós ou mundos, e R é conhecido como relação de acessibilidade. Um Modelo de Kripke é um conjunto , onde é um estrutura de Kripke, e é uma relação entre os nós de W e fórmulas modais, de tal forma que :
Lemos como “w satisfaz A”, “A é satisfeito em w”, ou “w força A”. A relação é chamada a relação de satisfação, de avaliação, ou de forçação. A relação de satisfação é determinada exclusivamente pelo seu valor em variáveis proposicionais. Uma fórmula A é válida em:
Definimos Thm(C) como sendo o conjunto de todas as fórmulas que são válidas em C. Por outro lado, se X é um conjunto de fórmulas, seja Mod(X) a classe de todas as estruturas que validam cada fórmula de X. Uma lógica modal (isto é, um conjunto de fórmulas) L é interpretado com respeito a uma classe de estruturas C , se L' ⊆ Thm(C). L é completa com C se L ⊇ Thm(C). Correspondência e integridadeSemântica é útil para investigar a lógica (ou seja, um sistema de derivação) somente se a relação da conseqüência semântica reflete sua contraparte sintática, a relação de conseqüência sintática (derivabilidade). É vital saber quais lógicas modais são corretas e completas com relação a uma classe de estruturas de Kripke, e também para determinar qual a classe que é . Para qualquer classe C de estruturas de Kripke, Thm(C) é uma lógica normal modal (em particular, os teoremas da lógica modal normal minimal , K, são válidos em todos os modelos de Kripke). No entanto, o inverso não se sustenta em geral. Existem lógicas modais normais Kripke-incompletas, o que não é um problema , porque a maioria dos sistemas modais estudados são classes completas de estruturas descritas por condições simples. Um lógica modal normal L corresponde a uma classe de estruturas C , se C = Mod(L). Em outras palavras, C é a maior classe de estruturas tais que L é interpretado wrt C. Daqui resulta que L é Kripke completa, se e somente se estiver completa da sua classe correspondente. Considere o esquema T : . T é válido em qualquer estrutura reflexiva : se , então uma vez que w R w. Por outro lado , uma estrutura que valida T tem de ser reflexiva : correção w ∈ W, e definem a satisfação de uma variável p proposicional como se segue: se e somente se w R u. Então , thus por T, o que significa que w R w usando a definição de . T corresponde à classe das estruturas de Kripke reflexivas. Muitas vezes, é muito mais fácil de caracterizar a classe correspondente de L do que provar a sua corretude, assim correspondência serve como um guia para as provas de completude. A correspondência também é usada para mostrar a incompletude de lógicas modais : suponha L1 ⊆ L2 são lógicas modais normais que correspondem à mesma classe de estruturas, mas L1 não prova todos os teoremas de L2. Então L1 é Kripke incompleto. Por exemplo , o esquema gera uma lógica incompleta, uma vez que corresponde à mesma classe de estruturas como GL (ou seja, estruturas transitivas e conversas bem formadas), mas não prova a tautologia-GL . A tabela abaixo é uma lista de axiomas modais comuns , juntamente com suas classes correspondentes. A nomeação dos axiomas, muitas vezes varia.
Aqui está uma lista de vários sistemas modais comuns. Foram simplificadas as condições de estruturas para alguns deles: as lógicas são completas com respeito às classes de estruturas dadas na tabela, mas pode corresponder a uma classe maior de estruturas.
Modelos canônicosPara qualquer lógica modal normal L, um modelo de Kripke (o chamado modelo canônico) pode ser construído, o que valida precisamente os teoremas de L , ou uma adaptação da técnica padrão de utilização de conjuntos maximalmente consistentes como modelos. Modelos canônicos de Kripke desempenham um papel semelhante ao Lindenbaum - Álgebra Tarski de construção em semânticas algébricas. Um conjunto de fórmulas é a L-consistente se qualquer contradição pode ser derivada a partir dele utilizando os teoremas de L , e Modus Ponens. Um conjunto máximo L-consistente (uma L-MCS para abreviar) é um conjunto L-consistente que não tem supraconjunto L-consistente adequado. Um modelo canônico de L é um modelo de Kripke , onde W é um conjunto de todos L-MCS, e as relações R e são as seguintes:
O modelo canônico é um modelo de L, como todos os L-MCS contém todos os teoremas de L. pelo Lema de Zorn, cada conjunto L-consistente está contido em um L-MCS, em particular, cada fórmula indemonstrável em L tem um contra-exemplo no modelo canônico. A principal aplicação de modelos canônicos é nas provas de completude. Propriedades do modelo canónico de K implica imediatamente completude de K em relação à classe de todos as estruturas de Kripke. Este argumento não funciona para L arbitrário, porque não há nenhuma garantia de que a estrutura subjacente do modelo canônico satisfaz as condições de estrutura de L. Dizemos que uma fórmula ou um conjunto X de fórmulas é canônico com respeito a uma propriedade P de estruturas de Kripke, se
A união dos conjuntos canônicos de fórmulas é a própria canônica. Segue-se a partir da discussão anterior de que qualquer lógica axiomatizada por um conjunto canônico de fórmulas é Kripke completo e compacto. Os axiomas T , 4, D , B, 5 , H , G (e, portanto, qualquer combinação de ambos) são canónicos . GL e Grz não são canônicos , porque eles não são compactos. O axioma M por si só não é canônico (Goldblatt, 1991), mas a lógica combinada S4.1 (na verdade , mesmo K4.1) é canônica. Em geral, é indecidível se um determinado axioma é canônico. Sabemos uma condição suficiente agradável: H. Sahlqvist identificou uma ampla classe de fórmulas (agora chamado de fórmulas Sahlqvist) tal que
Este é um critério poderoso: por exemplo, todos os axiomas listados acima são canônicos como (equivalente a) as fórmulas Sahlqvist.
Propriedade de modelo finitoUma lógica tem a propriedade de modelo finito (FMP), se ela for completa no que diz respeito a uma classe de estruturas finitas. Uma aplicação deste conceito é a questão da decidibilidade: segue-se do teorema de Post que a lógica modal L recursivamente axiomatizada que tem FMP é decidível, desde que seja decidível se um determinada estrutura finita é um modelo de L. Em particular, cada lógica finitamente axiomatizável com FMP é decidível. Existem vários métodos para a criação de um determinado FMP lógico. Refinamentos e extensões da construção do modelo canônico, muitas vezes o trabalho, utilizando ferramentas como filtração ou investigação. Como outra possibilidade, as provas de completude com base em cálculos subseqüentes de corte-livre costumam produzir modelos finitos diretamente. A maioria dos sistemas modais usados na prática (incluindo todos os listados acima) têm FMP . Em alguns casos, pode-se utilizar FMP para provar a Kripke-completude de uma lógica: cada lógica modal normal é completa com respeito a uma classe de álgebra modal , e uma álgebra modal finita pode ser transformada numa estrutura Kripke. Como um exemplo, Robert Bull provou usando este método que cada extensão normal de S4.3 tem FMP , e é Kripke completa.
Lógicas MultimodaisKripke semântica tem uma generalização simples de lógica com mais de uma modalidade. Uma estrutura de Kripke para uma linguagem com como o conjunto de suas necessidades de operadores consiste em um W equipado com relações binárias Ri para cada i ∈ I. A definição de uma relação de satisfação é alterada da seguinte forma:
A semântica simplificada, descoberta por Tim Carlson , é muitas vezes utilizada para lógicas demonstravelmente polimodais. Um modelo de Carlson é uma estrutura com um único relação de acessibilidade R, e subconjuntos Di ⊆ W para cada modalidade. A satisfação é definida como
Carlson modelos são mais fáceis de visualizar do que os usuais modelos de Kripke polomodais, há , no entanto, lógicas polimodais Kripke-completas que são Carlson-incompletas. A semântica da lógica intuicionísticaA Semantica Kripke para a lógica intuicionística segue os mesmos princípios que a semântica da lógica modal, mas ela usa uma definição diferente de satisfação. Um modelo intuicionista de Kripke is , onde é uma estrutura Kripke pré-ordenada, e satisfaz as seguintes condições:
A negação de A, ¬A, pode ser definida como uma abreviação para A → ⊥. Se para todos os u tal que w ≤ u, não u ⊩ A, então w ⊩ A → ⊥ é uma verdade vazia, então w ⊩ ¬A. A Lógica intuicionística é correta e completa em relação às semânticas Kripke, e tem FMP. Lógica primeira ordem intuicionistaSeja L uma linguagem de primeira ordem. Um modelo de Kripke de L é , onde é uma estrutura de Kripke intuicionistica, Mw é uma (clássica) L-estrutura para cada nó w ∈ W, e as seguintes condições de compatibilidade mantêm sempre u ≤ v:
Dada uma avaliação e das variáveis por elementos de Mw,definimos a relação satisfação :
Esse e(x→a) é a avaliação que dá x o valor a, de outra forma concorda com e. Semântica Kripke–JoyalComo parte do desenvolvimento independente da teoria dos feixes, foi realizada por volta de 1965 que a semântica de Kripke estava intimamente relacionada ao tratamento de quantificação existencial, em teoria de topos. Ou seja, o aspecto 'local' da existência de seções de um feixe era uma espécie de lógica do 'possível'. Embora este desenvolvimento foi o trabalho de um número de pessoas, o nome semântica de Kripke-Joyal é frequentemente utilizado neste contexto. Construções de ModelosTal como na teoria de modelos clássica, existem métodos para a construção de um novo modelo de Kripke a partir de outros modelos . Os homomorfismos naturais na semântica Kripke são chamados p-morfismos (que é abreviação para pseudo-epimorfismo, mas este último termo é raramente usado). Um p-morfismo das estruturas Kripke e é um mapeamento de tal forma que
Um p-morfismo de modelos de Kripke e é um p-morfismo de suas estruturas subjacentes , que satisfaz: se e somente se , para qualquer variável proposicional p. P-morfismos são um tipo especial de bisimulações. Em geral, uma bisimulação entre as estruturas e é uma relação B ⊆ W × W’, que satisfaz o seguinte propriedade “zig-zag”:
Uma bisimulação de modelos é adicionalmente necessário para preservar a força de fórmulas atômicas:
A propriedade fundamental que decorre desta definição é que bisimulações (daí também p-morfismo) de modelos de preservam a satisfação de todas as fórmulas, não apenas variáveis proposicionais. Podemos transformar um modelo de Kripke em uma árvore usando Desembaraçamento. Dado um modelo e um nó fixo w0 ∈ W, definimos um modelo , onde W’ é o conjunto de todas as sequências finitas tal que wi R wi+1 para todo i < n, e se e somente se para uma variável proposicional p. A definição de uma relação de acessibilidade R’ varia; no caso mais simples colocamos
mas muitas aplicações necessitam o fechamento reflexivo e/ou transitiva desta relação , ou modificações semelhantes. Filtração é uma construção útil que usa para provar FMP para muitas lógicas . Seja X um conjunto de fórmulas fechadas sob subformulas. Uma X'-filtração de um modelo é um mapeamento f de W para um modelo tal que
Segue-se que f preserva a satisfação de todas as fórmulas de X. Em aplicações típicas , tomamos f como a projeção para o quociente de W sobre a relação: u ≡X v se e somente se para todo A ∈ X, se e somente se . Tal como no caso de desembaraçamento, a definição da relação de acessibilidade no quociente varia. Estruturas semânticas geraisO principal defeito da semântica de Kripke é a existência de lógicas Kripke-incompletas e lógicas que são completas, mas não compactas. Isso pode ser sanado equipando quadros de Kripke com estrutura adicional que restringe o conjunto de possíveis valorações, usando ideias das semânticas algébricas. Isto dá origem à estrutura semântica geral. Aplicações na Ciência da ComputaçãoBlackburn et al. (2001) apontam que, por que uma estrutura relacional é simplesmente um conjunto juntamente com um conjunto de relações sobre o conjunto, não é surpreendente que as estruturas relacionais podem ser encontradas em praticamente qualquer lugar. Como um exemplo de ciência da computação teórica, eles dão os sistemas de transição rotulados, que a execução do programa do modelo. Blackburn et ai. assim reivindicam por causa dessa conexão que as linguagens modais são ideais no fornecimento de uma perspectiva "interna, local em estruturas relacionais. " (p. xii) Ver tambémReferencias
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