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4.14.2013

述詞邏輯的語法

我們學英文這門語言時,首先會學這個英文有哪些符號(a, b, c, ...),然後學單字(apple, water, ...),再學怎麼組成合文法的句子。

述詞邏輯也是一門語言,所以我們先學這個語言有哪些符號,然後學term,再學well-formed formula(合文法的句式,有人翻成完構式,簡稱wff)長什麼樣。

符號
邏輯符號(所有述詞邏輯的語言都會有這些符號,而且這些符號的詮釋是規定好的,不開放任意詮釋)
  • 變元(variable):$v_1, v_2, ⋯$ (有時會用$x, y, z, u, v$之類的)
  • 連接詞(connective):$¬, ∧, ∨, →, ↔$
    $¬$的其他寫法:$~$
    $∧$的其他寫法:$·$
    $→$的其他寫法:$⊃$
    $↔$的其他寫法:$≣$
  • 量限詞(quantifier):$∃, ∀$(有些人認為量限詞是非邏輯符號才對)
  • 等號:$=$(有些人認為等號是非邏輯符號才對)
  • 括號,或叫分段符號:(, ), [, ], {, } 
非邏輯符號(不是所有述詞邏輯的語言都會有這些符號)
  • 常元(constant):$a, b, c, ⋯, c_1, c_2, ⋯$ (長相不固定,如果有某個述詞邏輯的語言就是要拿「這個是放在,荷花的左邊」當常元,我們也沒辦法)
  • 述詞(predicate):$A, B, C, ⋯, P_1, P_2, ⋯, ∈, <, ⋯$(長相不固定)
  • 函數(function):$f, g, h, ⋯, f_1, f_2, ⋯, +, -, ×, ÷, ⋯$(長相不固定)
在以上這些符號之外的東西,就不是述詞邏輯這門語言的符號了。

Term
  1. 所有變元和常元都是term。
  2. 如果$f$是一個$n$元函數,那麼把$f$的參數位置都用term填滿後得到的東西,也是term。
  3. 以上兩點之外的東西都不是term。
所以,如果語言$L$有$c$這個常元和$g$這個二元函數,那麼下列都是這個語言的term:
  • $g(x, c)$
  • $g(g(x,c), c)$
  • $g(g(x,c), g(y, c))$
  • $g(g(g(x, y), c ), g(c, z))$
下列這些都不是這個語言的term:
  • $g(c, x, c)$($L$裡沒有三元的函數$g$)
  • $g(a, c)$($L$裡沒有符號$a$)
  • $g(c)$($L$裡沒有一元的函數$g$)
  • $cc$
Well-formed formula
  1. 如果$P$是一個$n$元述詞,那麼把$P$的參數位置都用term填滿後得到的東西,就是wff。這種wff有個特定的名字叫atomic formula(原子句式),是最簡單的wff。
  2. 如果$α,β$都是wff,$v$是隨便哪個變元,那麼下列這些也都是wff:$(¬α)$, $(α∧β)$, $(α∨β)$, $(α→β)$, $(α↔β)$, $(∃vα)$, $(∀vα)$。(有時會適度省略一些括號)
  3. 以上兩點以外的東西都不是wff。
所以,如果語言$L$有$c$這個常數,和$g$這個二元函數,和$Q$這個二元述詞,那麼下列都是這個語言的wff:
  1. $Q(c, c)$
  2. $Q(x, y)$
  3. $Q(c, z)$
  4. $Q(x, y)∧Q(x, y)$
  5. $∃zQ(x, y)$
  6. $∃x∀y[∃zQ(x, y)→¬Q(x, y)]$
我們會把裡面沒有出現自由(free)變元的formula稱為sentence。上列六個formula中,只有第一個和第六個是sentence。

下列都不是這個語言的wff:

  • $Q(c, c)= Q(c, c)$(等號是述詞,述詞的參數位置要放term,不是放formula)
  • $Q(Q(x,y), c)$($Q$是述詞,述詞的參數位置要放term,不是放formula)
  • $Q(c)$($L$裡沒有一元的述詞$Q$)
  • $∧Q(x, y)$
  • $Q(x, y)∃z$

述詞邏輯的語意

有了L這個語言的structure,先把這個structure叫$M$好了,我們就可以判斷這個語言中沒有自由變元(free variable)的語句(sentence),在$M$裡是真的還是假的。

以$L'$這個有$a, b, P, Q, f, g$這些非邏輯符號的語言為例,其中$a, b$是常數,$P$是一元述詞,$Q$是二元述詞,$f$是一元函數,$g$是二元函數。我們設計一個$L'$的structure $A$如下:
$U=\{0, 1, 2\}$
$a^A=0$
$b^A=1$
$P^A=\{0, 2\}$
$Q^A=\{(0,1), (1,2), (2,1)\}$
$f^A=\{(0,2), (1,2), (2,0)\}$
——意思是,$f^A(0)=2, f^A(1)=2, f^A(2)=0$
$g^A=\{(0,0,0), (0,1,1),(0,2,2), (1,0,1), (1,1,1), (1,2,1),$ $(2,0,1), (2,1,0), (2,2,1)\}$
—— 意思是,$g^A(0,0)=0, g^A(0,1)=1, g^A(0,2)=2, ⋯$
原子語句(atomic sentence)的真假值
在$A$這個structure裡,$P(a)$是真的還是假的?我們先看$a^A$指到什麼東西,再看看$a^A$指到的東西是不是在$P$的詮釋裡。在裡面,那麼$P(a)$是真的;不在裡面,那麼$P(a)$就是假的。$a^A$指到$0$,而且$0∈P^A$,所以$P(a)$在$A$裡是真的。$P(a)$在$A$裡是真的,通常會記為$A⊨P(a)$或$⊨_AP(a)$。

而$P(b)$因為$1∉P^A$,便是假的。$P(b)$在$A$中為假,則記為$A⊭P(b)$或$⊭_AP(b)$。$Q(a,b)$是真的,記為$A⊨Q(a,b)$,因為$(0,1)∈Q^A$。$A⊭Q(a,a)$,因為$(0,0)∉Q^A$。

至於P(f(a))在$A$裡的真假值,就把$a^A$指到的東西輸進$f^A$裡,看輸出的東西是不是在$P^A$裡。$a^A$指到$0$,$0$輸入$f^A$會輸出$2$(因為$(0,2)∈f^A$,其中$0$是輸入,$2$是輸出),而$2∈P^A$,所以$A⊨P(f(a))$。而$A⊭P(g(b,a))$,因為往$g^A$的第一個參數位置輸入$1$,第二個位置輸入$0$後,輸出的$1$不在$P^A$裡。

有連接詞的語句的真假值
和語句邏輯的計算方式差不多。例如
  • $A⊭P(g(b,a))$,所以$A⊨¬P(g(b,a))$。$A⊨P(a)$,故$A⊭¬P(a)$。
  • $P(a)∧P(g(b,a))$只會在$P(a)$和$P(g(b,a))$都為真的情況下為真,所以$A⊭P(a)∧P(g(b,a))$。
有量限詞(quantifier)的句子的真假值
$∀xP(x)$的意思是,所有domain裡的東西都有$P$這個性質。目前$U=\{0,1,2\}$,也就是說,$∀xP(x)$的意思是$0∈P^A$而且$1∈P^A$而且$2∈P^A$。因為$1∉P^A$,所以$A⊭∀xP(x)$。

$∃xP(x)$的意思是,至少有一個domain裡的東西有$P$這個性質。也就是說,$∃xP(x)$的意思是$0∈P^A$或者$1∈P^A$或者$2∈P^A$。所以$A⊨∃xP(x)$。

$∀x∃yQ(x,y)$的意思是,所有domain裡的東西,都和domain裡至少一個東西有$Q$這個關係。要講得具體一點以幫助理解的話,我們可以先把$Q$視為某個二元關係,例如$x$喜歡$y$(這不代表$Q$這個述詞就是$x$喜歡$y$的意思,$Q$就只是某個述詞符號,$Q^A$僅僅是某個由二元序列構成的集合。就像國小或幼稚園老師教$1+1=2$的時候,把「$1$這個自然數,填進+這個函數的兩個參數位置後,就會輸出$2$」生動地講成,一個蘋果和另一個蘋果放在一起就是兩個蘋果那樣。雖然$1+1=2$和蘋果半毛關係也沒有,但這樣舉例子比較容易理解),那麼$∀x∃yQ(x,y)$的意思便是,每個東西都至少喜歡一個東西。

不過句子太複雜或太長的話,我們可能沒辦法用舉實例的方式,理解句子的意思。不過還有別的辦法。也可以這樣理解$∀x∃yQ(x,y)$:$∀x∃yQ(x,y)$是指所有domain裡的東西都滿足$∃yQ(x,y)$,也就是
$∃yQ(x,y)[^x_0]$而且$∃yQ(x,y)[^x_1]$而且$∃yQ(x,y)[^x_2]$
$∃yQ(x,y)[^x_0]$的意思是$∃yQ(x,y)$中的$x$會指到domain裡的$0$。我們不能直接寫$∃yQ(0,y)$是由於,$0$不是term,所以$∃yQ(0,y)$不是合文法的字串。(私底下想把$∃yQ(x,y)[^x_0]$腦補成$∃yQ(0,y)$是沒問題,但別在正式場合這麼做)

而$∃yQ(x,y)[^x_0]$可以理解成,至少有一個domain裡的東西會滿足$Q(x,y)[^x_0]$,也就是,
$Q(x,y)[^x_0,^y_0]$或者$Q(x,y)[^x_0,^y_1]$或者$Q(x,y)[^x_0,^y_2]$。
所以,$∃yQ(x,y)[^x_0]$而且$∃yQ(x,y)[^x_1]$而且$∃yQ(x,y)[^x_2]$的意思就會是:
【$Q(x,y)[^x_0,^y_0]$或者$Q(x,y)[^x_0,^y_1]$或者$Q(x,y)[^x_0,^y_2]$】而且
【$Q(x,y)[^x_1,^y_0]$或者$Q(x,y)[^x_1,^y_1]$或者$Q(x,y)[^x_1,^y_2]$】而且
【$Q(x,y)[^x_2,^y_0]$或者$Q(x,y)[^x_2,^y_1]$或者$Q(x,y)[^x_2,^y_2]$】。
也就是
【$0$喜歡$0$,或者$0$喜歡$1$,或者$0$喜歡$2$】而且
【$1$喜歡$0$,或者$1$喜歡$1$,或者$1$喜歡$2$】而且
【$2$喜歡$0$,或者$2$喜歡$1$,或者$2$喜歡$2$】
因為domain裡的每個東西的確都喜歡至少一個東西,所以$A⊨∀x∃yQ(x,y)$。

有自由變元的句式(formula)的真假值
有自由變元的句式,基本上沒辦法判斷真假值。試想以下幾個句式:
  • $1=1$
  • $2=1$
  • $x=1$
第一個句式顯然是真的,第二個顯然是假的,但第三個就難辦了,因為我們不知道$x$到底是指哪個數,所以無從判斷$x$是不是等於$1$。

既然問題的根源在於,不知道$x$到底是指什麼,那麼就發派一個東西給$x$去指不就得了。負責這項指派業務的玩意兒,就是一元的assignment function(我不知道這個東西有沒有固定的中文譯名,如果硬要翻的話,就叫指派函數好了)。這個函數和邏輯語言裡那個非邏輯符號的函數的詮釋不一樣。Assignment function的定義域是所有變數的集合(而不是structure的domain,和對非邏輯符號的函數的詮釋不一樣),值域是structure的domain裡的某一個東西。也就是,只要我們輸入某個變數給assignment function,問它這個變數是指啥,它就會輸出一個structure的domain裡的東西,回答我們此變數是指structure的domain裡的這個東西。

問不同的assignment function同一個問題,可能會得到不同的答案。例如$h_1(x)=1$但$h_2(x)=2$之類的。這時在$h_1$這個assignment function的指派之下,$P(x)$在$A$中為假,因為$1∉P^A$,記為$A⊭P(x)[h_1]$,而在$h_2$的的指派之下,$P(x)$在$A$中為真,因為$2∈P^A$,記為$A⊨P(x)[h_2]$。

有時我們會看到一些長相比較奇特的assignment function,例如$h^x_1$。$h^x_1$是指,我們已經有一個assignment function $h$,而$h^x_1$是個這樣的函數:輸入$x$會輸出$1$,輸入$x$以外的變數會輸出和$h$一樣的東西;也就是
$h^x_1(v)=1$    , if $v=x,$($v$是variable的意思)
$h^x_1(v)=h(v)$, if $v≠x$
依此類推,
$h^x_1^y_2(v)=1$    , if $v=x, $
$h^x_1^y_2(v)=2$    , if $v=y, $
$h^x_1^y_2(v)=h(v)$, if $v≠x$ and $v≠y$

重要概念
  1. 某個structure $M$讓某個句子$φ$為真的話,我們就會就說$M$這個structure是$φ$的模型(model)。(不過structure和mode這兩個字常混用就是了)
  2. 某個語言$L$中的句子$φ$是可滿足的(satisfiable),若且唯若,至少有一個$L$的structure,和一個該structure的assignment function(如果$φ$裡有自由變元的話會用上,沒有的話,assignment function就只是來插花的)會讓$φ$為真。
  3. 某個語言$L$中的句子$φ$是邏輯真理(logical truth),記為$⊨φ$,若且唯若,所有$L$的structure,和所有該structure的assignment function都會讓$φ$為真。
    也就是,任選一個$L$的structur和它的隨便那個assignment function,$φ$在裡面都會是真的。
  4. 某個語言$L$中的語句集合$Γ$,蘊含(imply)該語言的某個句子$φ$,記為$Γ⊨φ$,若且唯若,所有會讓$Γ$裡全部句子都為真的$L$的structure,和所有該structure的assignment function,也都會讓$φ$為真。
    也就是,$Γ$裡全部句子都為真的時候,$φ$也會為真。
第3點,是第4點中的$Γ$取為空集合而產生的特例。

4.13.2013

述詞邏輯的structure

語句邏輯的句子是用真值表來判斷真假值,述詞邏輯的句子則是用structure來判斷。Structure是由domain和對非邏輯符號的詮釋(interpretation)構成的;至於要詮譯哪些非邏輯符號,就看語言中的非邏輯符號有哪些,詮釋那些就可以了。

以某個有$c_1, c_2, P_1, P_2, f_1, f_2$這些非邏輯符號的語言為例,其中$c_1, c_2$是常數,$P_1$是一元述詞,$P_2$是二元述詞,$f_1$是一元函數,$f_2$是二元函數此處符號的下標和述詞及函數是幾元一模一樣只是偶然),這個語言的structure大致會長成這樣:$M=(U, c_1^M, c_2^M, P_1^M, P_2^M, f_1^M, f_2^M)$。以下一一介紹這些符號的意思。

Structure的名字
$M=(U, c_1^M, c_2^M, P_1^M, P_2^M, f_1^M, f_2^M)$中的$M$和上標的$^M$顯示了這個structure的名字是$M$,意思是model。取名時通常會用大寫英文字母,有時會用特殊字形呈現,以示區隔,例如$M$的花體字是$\fr M$。

Domain
$U$指structure的domain,$U$是universe的意思。有些人不會寫$U$來表示domain,而是寫$D$,或dom($M$),或$|M|$(最後兩個寫法和structure的名字有關。不過$|M|$這個寫法可能會讓人誤以為你想談的是$M$的domain的基數(cardinality),也就是domain裡有幾個東西)。或者structure的名字用特殊字形,然後domain就用一般字形呈現,例如$\fr A$這個structure的domain就用$A$表示

當我們在說structure的大小、structure有多大時,我們指的是它的domain的基數。

Domain是一個集合,而且不能是空集合。我們可以把structure理解成是某個世界,domain則決定了這個世界上有哪些東西。你可以依自己喜好往domain這個集合裡加進任何東西,例如數字、英文字、中文字、人、幾何圖案;加無限個東西進去也行,例如讓domain是所有實數的集合。以下是一些domain這個集合可能的長相:
  • $\{0, 1, 2\}$ 
  • {$0, △, @, a$, Doctor House, 嗨!, 飛天麵條神}
不過為了書寫方便起見,通常只會放數字或英文字。我們暫定$M$的domain是$\{0, 1, 2\}$。

常數的詮釋
$c_1^M$是指,$c_1$這個常數在$M$裡的詮釋。$c_1^M∈U$,也就是,$c_1^M$會等於domain裡的某一個成員。我們可以把常數理解成domain裡某個東西的名字;一個東西可以有很多個常數當作名字,就像一個人可以有很多個綽號類似;但一個常數不能指到一個以上的東西,因為重名的話,我們就不知道那到底是在叫誰了。以下是一些$c_1, c_2$這兩個常數在$M$中可能的詮釋:
  • $c_1^M = 0, c_2^M = 1$
  • $c_1^M = 0, c_2^M = 0$
述詞的詮釋
$P_1^M$是指,$P_1$這個述詞在$M$裡的詮釋。我們對述詞的詮釋是外延(extension)式的。如果$P$是一個$n$元述詞,那麼$P^M⊆U^n$。$P^M$也是一個集合,而和domain不同的是,述詞的詮釋可以是空集合。

$U^n$是$U×⋯×U$乘$n$次的意思。$A×B$是一個由二元序列(tuple)構成的集合,序列中的第一個東西來自$A$,第二個來自$B$,把所有符合此條件的序列蒐集起來形成的集合,就是$A$×$B$。例如,
若$A=\{1,2\}, B=\{3,4\}$,則$A×B=$ $\{(1,3), (1,4), (2,3), (2,4)\}$。
$A×B×C$則是由許多三元序列構成的集合,序列中的第一個東西來自$A$,第二個來自$B$,第三個來自$C$,把所有符合此條件的序列蒐集起來形成的集合,就是$A×B×C$。例如,
若$A=\{1,2\}, B=\{3,4\}$,$C=\{5,6\}$,則$A×B×C=$ $\{(1,3,5), (1,4,5), (2,3,5), (2,4,5), (1,3,6), (1,4,6), (2,3,6), (2,4,6)\}$
在序列裡,東西的順序很重要,$(1,2)$和$(2,1)$是不同的序列,這點和集合很不一樣,$\{1,2\}$和$\{2,1\}$都是同一個集合。(也有人用角括號表示序列,但是我還沒弄清楚怎麼在blogger上打出角括號)

完全沒弄懂前面$P^M$ ⊆ $U^n$是什麼鬼玩意的人別擔心,先來看幾個例子。我們可以把一元述詞$P_1$的詮釋想成,我們想讓domain裡的哪些東西有$P_1$這個性質,我們就把那些東西放到$P_1^M$這個集合裡。$P_1$在$M$裡幾個可能的詮釋:
  • $\{1\}$ 
  • $\{0, 2\}$ 
  • $\{0, 1, 2\}$ 
我們可以把二元述詞$P_2$的詮釋想成,我們想讓domain裡哪兩個東西有$P_2$這個關係,就把那兩個東西放到$P_2^M$這個集合裡。或者更生動一點地說(就像國小或幼稚園老師教$1+1=2$的時候,把「$1$這個自然數,填進+這個函數的兩個參數位置後,就會輸出$2$」生動地講成,一個蘋果和另一個蘋果放在一起就是兩個蘋果那樣。雖然$1+1=2$和蘋果半毛關係也沒有,但這樣舉例子比較容易理解),把$P_2$想成某個二元關係,例如$x$喜歡$y$,我們想讓domain裡的$0$喜歡自己的話,就把$(0,0)$放進$P_2^M$這個集合裡,想讓domain裡的$1$喜歡domain裡的$2$的話,就把$(1,2)$放進去。

$P_2$在$M$裡幾個可能的詮釋:
  • $\{(0,0), (0,1), (0,2)\}$ ($0$喜歡domain裡的所有東西,$1$和$2$則什麼東西都不喜歡)
  • $\{(0,1), (1,0), (2,0)\}$ ($0$和$1$互相喜歡,$2$單戀$0$)
  • ∅(每個東西都不喜歡每個東西)
如果我們遇到的是三元述詞,而且這個述詞的詮釋不是空集合的話,集合裡的東西會長得像$(□,□, □)$,其中空格的部分各填進一個domain裡的東西。總的來說,如果遇到的是$n$元述詞,而且述詞的詮釋不是空集合的話,集合裡的東西會長得像$(□, ...,□)$,共$n$個空格,其中每個格子都填進一個domain裡的東西。

等號這個述詞非常特別,它是邏輯符號(不過有些邏輯學家不這麼認為,但目前先當作等號是邏輯符號),所以一般而言等號的詮釋已經規定好了,不是我們想要讓哪兩個domain裡的東西相等,就可以把那兩個東西組成的序列丟進等號的詮釋裡。等號的詮釋這個集合裡,放的東西一律是,每個domain裡的東西,自己和自己構成的序列,也就是,$\{(x,x)|x∈domain\}$。現在domain$=\{0,1,2\}$,所以$=^M=\{(0,0), (1,1), (2,2)\}$。

函數的詮釋
$f_1^M$是指,$f_1$這個函數在$M$裡的詮釋。如果函數$f$是$n$元的,則它的定義域是$U^n$,值域是$U$。

我們有個把函數轉成集合的辦法:函數是$n$元,我們就弄出$n+1$元的序列,序列的前面$n$格放輸入值,最後一格放輸出值。例如$g(x)=x+1$這個定義在自然數上的一元函數,轉成集合後會長這樣:$\{(0,1), (1,2), (2,3), ...\}$。

函數的定義是,如果輸入值在定義域裡的話,就一定要有輸出值,而且輸出值只能有一個。所以在詮釋函數時也要符合這條規定。

所以,$f_1^M$的定義域是$\{0, 1, 2\}$,因為$f_1$是一元函數。而$f_1^M$會長這樣:$\{(0,□), (1,□), (2,□)\}$,其中每個空格都填進一個domain裡的東西,就能得到一個可能的詮釋。所有空格都填同一個東西也沒關係。

$f_2^M$的定義域是$\{(0,0), (0,1),(0,2), (1,0), (1,1), (1,2), (2,0), (2,1), (2,2)\}$,因為$f_2$是二元函數。而$f_2^M$會長這樣:$\{(0,0,□), (0,1,□),(0,2,□), (1,0,□),$ $(1,1,□), (1,2,□), (2,0,□), (2,1,□), (2,2,□)\}$,其中每個空格都填進一個domain裡的東西。

如何用structure判斷句子是真的還是假的?請見述詞邏輯的語意

11.16.2012

公理,定理,引理和系理

對象語言(object language)和後設語言(metalanguage)
當有人用英文研究拉丁文時,對象語言是拉丁文,後設語言是英文。對象語言和後設語言可以是同一套語言,例如用中文研究中文的時候。基本上,後設語言中要具備對象語言裡的所有符號,不然討論對象語言時可能會遇上困難。例如,若只用中文研究英文,便無法寫出「water的意思是水」這種句子,因為後設語言裡沒有英文字母;若後設語言是一套由英文字母和中文構成的語言,就可以。我們在用中文、英文和某邏輯語言的符號,討論該邏輯語言時,對象語言是該邏輯語言,後設語言是一套由中文、英文和該邏輯語言的符號構成的語言。
公理(axiom)
在邏輯系統中,不需要證明就可以拿來用的句式(formula)便是公理。你可以問選這些句式當公理有什麼好處,但沒辦法要求證明這些句式。如果你覺得某邏輯系統的其中一些公理不能滿足你的需求(例如,不能完美模仿人類的推論方式),可以另闢一套邏輯系統,放自己喜歡的公理。但那套系統有沒有研究價值、是否有人想用則是另一回事。
定理(theorem)
僅利用某邏輯系統的公理,或利用公理及系統允許的推論規則就能證明的句式,便是該邏輯系統的定理。根據定義,任一邏輯系統的公理均是其定理。
定理還有另一個意思。對象語言是某套邏輯系統的邏輯文章裡,定理通常指作者主要想證明的句子,這個句子使用後設語言有,但對象語言沒有的符號描述該邏輯系統的性質。因為這種定理中出現了那套邏輯語言沒有的符號,所以無法被該邏輯系統的公理或推論規則證明。語句邏輯的演譯定理(deduction theorem)便是這樣的句子。第二種意思的定理被稱為後設定理(metatheorem)。
引理(lemma)
引理也是用後設語言描述邏輯系統的性質的句子。引理通常指,用來幫助證明後設定理的重要踏腳石。是後設定理還是引理,端賴它在文章中是否為作者的主要目標,因此可能發生,同一個句子在這篇文章中是引理,在另一篇文章中是後設定理的情況。
系理(corollary)
系理也是用後設語言描述邏輯系統的性質的句子。後設定理蘊含的一些重要結果便是系理,至於哪些被蘊含的結果才是重要的,則由作者決定;作者大多會選和他等一下要討論的事有關的結果當系理。一但證明後設定理,要證明該後設定理的系理通常很容易。

2.02.2011

語句邏輯的語法和語意

(用φ、ψχ代表合法的語句,用Γ、Σ、Φ、Δ代表合法語句的集合 )
語法(syntax)

定義合法的邏輯符號:
  • ¬、∧、∨、→、↔ (邏輯連接詞)
  • A、A1、A2、…B、B1、B2、… (有可數無限大那麼多的語句符號)
  • (、) (括號)
定義合法的語句(well-formed formula,wff):
  1. A、A1、A2、…、B、B1、B2、…這些都是合法的語句。
  2. 如果φ和ψ都是合法的語句,那麼下列這些也是:
    ¬φ、¬ψ
    φ∧ψ
    φ∨ψ
    φ→ψ
    φ↔ψ
  3. 只有符合前兩點的才是合法的句子。
這樣的定義被稱為遞迴定義(recursive definition)。當你要確定某串符號是不是符合定義,就得一直往前追朔其他東西是不是符合定義。例如,要檢查(A∧C)→(↔B)是不是wff,就得檢查(A∧C)和↔B是不是wff(根據定義2)。要檢查A∧C是不是wff,就得看A和C是不是wff(根據定義2);A和C是wff(根據定義1),所以A∧C是wff。而↔B不符合定義1也不符合定義2,所以它不是wff(根據定義3)。因此,(A∧C)→(↔B)不是wff。

使用遞迴定義的好處是只要寫幾行字就夠了,而且以後可以用數學歸納法做推論。

語意(semantics)

語意談論的是語句的真假值。賦予語句真假值的是函數v(被稱為structure或interpretation)和函數v'(v的unique extension)。

函數v的定義域是語句符號(sentence letter,SL)的集合;對應域則是{0,1},1代表真,0代表假。換句話說,v會給每個原子語句(atomic sentence,原子語句是沒有用到任何邏輯連接詞的wff)設定真假值。(相關文章:Number of Structures in Sentential Logic - 哲學與思方)

v'的定義域是wff,對應域是{0,1}。詳情如下:
  • v'(φ)=1 iff v(φ)=1
    v'(φ)=0 iff v(φ)=0
    v'給φ的真值設定為真,若且唯若,v給φ的真值設定為真。
    v'給φ的真值設定為假,若且唯若,v給φ的真值設定為假。
  • v'(¬φ)=1 iff v'(φ)=0
    v'(¬φ)=0 iff v'(φ)=1
    v'給¬φ的真值設定為真,若且唯若,v'給φ的真值設定為假。
    v'給¬φ的真值設定為假,若且唯若,v'給φ的真值設定為真。
  • v'(φ∧ψ)=1 iff v'(φ)=1 and v'(ψ)=1
    v'(φ∧ψ)=0 iff v'(φ)=0 or v'(ψ)=0
    .
  • v'(φ∨ψ)=1 iff v'(φ)=1 or v'(ψ)=1
    v'(φ∨ψ)=0 iff v'(φ)=0 and v'(ψ)=0
    .
  • v'(φ→ψ)=1 iff v'(φ)=0 or v'(ψ)=1
    v'(φ→ψ)=0 iff v'(φ)=1 and v'(ψ)=0
    .
  • v'(φ↔ψ)=1 iff v'(φ)=v'(ψ)
    v'(φ↔ψ)=0 iff v'(φ)¹v'(ψ)
v只能為原子語句設定真假值,但是v的unique extension v'可以(根據v對原子語句的真值設定)為任何wff設定真假值。

定義完v和v'以後,就可以定義語句邏輯裡的恆真句(tautology)和蘊含(tautological consequence)了:
  • tautological consequence:
    Γ ⊧φ iff ∀v, if ∀x∈Γ , v'(x)=1, then v'(φ)=1
    某一組語句Γ 邏輯蘊含語句φ,若且唯若,對所有的v而言(不同的v會給原子語句們不同的真假值),如果有v的unique extension v'使的Γ 裡的語句全部為真時,該v'也會讓φ為真。
    換句話說,某一組語句Γ 邏輯蘊含語句φ,若且唯若,不管Γ 和φ裡包含的原子語句們的真值設定是什麼,當Γ 裡的語句都為真時,φ也會為真。
    再換句話說,某一組語句Γ 邏輯蘊含語句φ,若且唯若,找不到可以讓Γ 裡的語句都為真而且φ為假的真值設定。
    .
  • tautology:
    ∅⊧φ
    某個語句φ是恆真句,若且唯若,對所有的v而言,v的unique extension v'都會讓φ為真。
    換句話說,某個語句φ是恆真句,若且唯若,不管φ裡包含的原子語句們的真值設定是什麼,φ都會為真。
根據上述對⊧這個關於語句之間的關係(relation)的定義,我們可以發現它有幾個有趣的性質:
  • 自反性(reflexivity):φ⊧φ
  • 喀嚓*1(cut):if Γ, φψ and Σ, ψ⊧χ, then Γ, Σ, φ⊧χ
  • 單調性(monotonicity):if Γ⊧φ, then Γ,Σ⊧φ
  • conditionalization:⊧φ→ψ iff φ⊧ψ
    (有修過蔡行健老師的基礎邏輯一的同學,這個就是(⊧,→)規則)
  • clourse under MP:if Γ⊧φ→ψ and Γ⊧φ, then Γψ
不相信的人可以自己檢查看看。


在這篇文章裡,我們用中文、英文、希臘字母和集合論描述語句邏輯。因此,中文、英文、希臘字母和集合論是後設語言(metalanguage),語句邏輯是目標語言(object language)。⊧不是邏輯符號,v和v'也不是,因為語法在定義合法的邏輯符號時沒有說它們是邏輯符號。⊧、v和v'是後設語言,不是目標語言。

參考資料:中正哲學所九十九學年度第一學期進階邏輯Kiki的講義。

Note:
  1. 來自老胡的可愛翻譯。

6.12.2010

超驗的和先驗的

侯維之上課的時候提到「超驗的(transcendent)」和「先驗的(transcendental)」這兩個字雖然長得很像但意思可差多了。

這是康德做出的區分。「超驗的」指,把原本用在能從感官經驗觀察到的東西上的準則(principle)用在沒辦法從感官經驗觀察到的東西上,這麼做的結果當然是錯的;沒辦法用感官經驗觀察到的東西包括實體(substance)的概念*1、上帝(呃,或者是上帝的概念?)。「先驗的」,意思是不必用到感官經驗就能知道某個命題為不為真;例如,不用檢查我的隨身碟,我也知道「我的隨身碟裡要嘛有新世紀福音戰士要嘛沒有」為真。

我不是很清楚,把原本用在能從感官經驗觀察到的東西上的準則用在沒辦法從感官經驗觀察到的東西上到底是怎麼回事,而且到底是觀察到什麼東西我也不知道;我也不清楚「transcendental」和「a priori」能不能通用。不過已經三個禮拜沒更新了所以還是厚著臉皮寫上來,嘛哈。


*1:實體的概念是指,能獨立於其它東西而存在的東西。例如桌上的芒果就是一個實體,我們可以合理地想像這個情境:在某個可能世界裡只有那顆芒果,除此之外什麼都沒有。在不考慮柏拉圖的理形世界和類似的理論下,「是方的」這個性質不是實體,我們總是在某個東西上觀察到這個性質,像是方的眼鏡、方的西瓜,我們沒辦法想像只有「是方的」這個性質存在,除此之外什麼東西都沒有的世界。

但是我們沒辦法光靠觀察芒果或西瓜就說觀察到了實體的概念,概念本身和概念的指涉物是不一樣的

照我對侯維之對康德對「transcendent」的說法似乎蘊含,幾乎所有的概念都沒辦法用感官經驗觀察到(不過我猜很多概念是從感官經驗學到的)。

5.05.2010

概念、代表概念的符號、概念的指涉物

概念、代表概念的符號、概念的指涉物是三個不一樣的東西。

例如,我心中對太陽的概念是,白天、沒被雲擋住時掛在天上閃光強度如此這般的傢伙。我用「太陽」或「日」這些字,或tai yang、r(這是漢語拼音)這些發音代表符合上述概念的東西。而生活中每天東升西落為地球帶來溫暖的那顆大火球,就是我用「太陽」或「日」這些符號,或tai yang、r這些發音指涉到的東西。

知道這三個東西的差異後,我們可以釐清一些事情:

太陽的概念沒有辦法為地球帶來溫暖,太陽這個概念的指涉物才可以。因為概念和我們腦袋裡想的東西有關,而實際上在發光發熱的傢伙可是在離地球很遠的距離外呢。

代表概念的符號或聲音是可以改變的,例如當初造字時是用「目」而不是「日」來代表太陽的概念,那麼我們現在大概就會用「目」來代表太陽的概念。我們也可以用不同的符號或聲音代表同一個概念,例如剛剛提到的「日」和「太陽」。

關於代表概念的符號,還有使用該符號和提及該符號的區分。當我使用「太陽」的時候,我要說的是白天、沒被雲擋住時掛在天上閃光強度如此這般的傢伙;當我提及「太陽」的時候,我要說的是「太陽」這兩個符號。(相關文章,使用和提及 - 哲學哲學雞蛋糕)


參考書目:Roger-Pol Droit,沙發上的哲學對話,麥田。

1.11.2010

說明和詮釋

中文裡有時候「說明」(explain)和「詮釋」(或「解釋」,interpretation)可以通用,但在英文裡它們是有區別的。

「說明」的用法是,給出理由告訴我們為什麼某件事是這樣這樣而不是那樣那樣;而「詮釋」是用來把語句或文字的意義講清楚。

例如,我們會說
演化論是目前為止對生物為什麼會長成現在這個樣子的最佳說明。
「今夜的天空很希臘」的詮釋是天空很藍。
「紳士」在島上的詮釋是變態。
而非
演化論是目前為止對生物為什麼會長成現在這個樣子的最佳詮釋。
「今夜的天空很希臘」的說明是天空很藍。
「紳士」在島上的說明是變態。
畢竟,生物為什麼會長成現在這個樣子不是字的意義的問題;而當我問老師「今夜的天空很希臘」是什麼,通常我是請老師解釋這句話到底在講什麼,而非央求老師說明為什麼今天的天空是藍色的;我可以從島民那裡得到「紳士」的意思之所以是變態的說明,但說明語源和解釋字詞的意思是兩回事。

1.05.2010

概念和概念觀

概念(concept)只有一個,但我們可以對一個概念有很多概念觀(conception)。

例如,我們有「正義」這個概念,我們對這個概念可以有很多概念觀:「正義就是把社會資源公平地分配給國家裡的每個人民」、「正義就是懲強扶弱」、「正義就是如果別人打我那麼我也要打回去」、…;但「正義」這個概念就只有一個。

12.24.2009

單稱詞和述詞

單稱詞(singular term):

在特定情況下只會指涉到一個特定的東西的名詞,就叫單稱詞*1。通常來說,我們會同意下列這些詞都是單稱詞:

我們提到「牛頓」,我們說的就是那個提出三大運動定律的傢伙,而不是其他人,「白宮」只會指涉到美國的那棟白色建築物;還有「中華民國第十二任總統」就只會指涉到馬囧,不會再指涉到別的人;或者你指著玻璃櫥窗裡的阿爾馮斯1:1模型跟老闆說「我要買這個模型!」時,「這個模型」也只會指涉到一個東西,就是那個1:1的阿爾馮斯模型。

在這些詞裡面,我們會區分出專有名詞(或譯專名,proper name)和確定描述詞(definite description)。

像「牛頓」、「台南市」和「白宮」這些就是專有名詞。而根據羅素,確定描述詞是指有「The so-and-so」這種結構的詞,安萍牌破爛翻譯是「那個怎樣怎樣的東西」(「那個」在中文裡面常被省略),實際的例子是:「中華民國第十二任總統」、「全世界領陸面積最大的國家」、「寫出你正在讀的這篇文章的傢伙」、「在西元2009年十月被安萍用腳踏車撞而且是灰色的路燈」。

述詞(predicate):

把一個語句裡的單稱詞拿掉之後剩下的東西就是述詞。例如「雪是白的」這個語句裡,把單稱詞「雪」拿掉,我們就可以得到「x是白的」這個述詞;從「烏龜會飛」這個語句裡,我們可以得到「x會飛」這個述詞;從「石內卜比白鹿性感」這個語句我們可以得到「x比y性感」這個述詞。

「x是白的」和「x會飛」這類只有用到一個變元的述詞我們叫它一元述詞;「x比y性感」、「x是y的媽媽」這類用到兩個變元的述詞我們叫它二元述詞;依此類推。


*1:嚴格來說這不是個精確的定義,要說明清楚得用到述詞邏輯,但我實在太蠢了只能寫出循環的定義:單稱詞就是能合法地放進述詞裡的xyz等變元的東西(而述詞裡的xyz這些變元哪來的?就是把語句裡的單稱詞拿掉後產生的)。對不起我是笨蛋。

***

以下開放造詞練習。範例,
專名:羅伊.馬斯坦古
確定描述詞:鋼之鍊金術師裡雨天無能的傢伙
二元述詞:x喜歡看y穿迷你裙

12.22.2009

指涉與等值替換失敗

什麼是指涉物(reference)?

一個單稱詞或述詞或語句的意義,就是這個單稱詞或述詞或語句的指涉物。不過單稱詞或述詞或語句的指涉物到底是什麼,哲學家們可能會有不同的看法。例如根據Frege的看法,「雪」的指涉物是天冷的時候從天上掉下來、白白軟軟的東西,「x是白色的」的指涉物是我們對白色的概念,而因為「雪是白色的」這句話為真,所以這句話的指涉物是真。而羅素會說,「雪」的指涉物是天冷的時候從天上掉下來、白白軟軟的東西,「x是白色的」的指涉物是白色這個性質,「雪是白色的」的指涉是雪是白的這個命題

另外還有一個動詞是「指涉」(refer)。我們會說,「雪」指涉到(refer to)天冷的時候從天上掉下來、白白軟軟的東西。

以下為了討論方便,只舉單稱詞當例子。

當兩個單稱詞指涉到相同的指涉物,他們就是有相同指涉的詞(coreference),例如「孫逸仙」和「孫文」都指到同一個人、「雪」和「snow」都指到同樣的東西。

照理說,如果兩個單稱詞有相同的指涉,那麼我們在使用這兩個詞的時候可以任意替換而不會改變句子的意義:
雪是白的。
snow是白的。
等值替換後這兩句話仍有相同的意義,這兩句話的真假值也一樣。但有時候我們把有相同指涉的詞替換時會出現替換後真假值改變的情況,我們把這種情況叫做等值替換失敗(referential opacity),例如:
A.
我的阿嬤認為雪是白的。
我的阿嬤認為snow是白的。
B.
克拉克走進電話亭,然後超人走出來。
克拉克走進電話亭,然後克拉克走出來。
在A.中的語句我們稱做間接脈絡下的語句;B.中的則是簡單(simple) 語句(我都叫它直接脈絡,但是我不確定語言哲學家會不會這樣稱呼它)。間接脈絡大概是指用到以下這些東西的語句:
  • 態度(簍雷想吃鹹酥雞、簍雷希望鹹酥雞攤今天有打折)
  • 模態(鹹酥雞攤今天可能沒有開、沒買到鹹酥雞的簍雷必然很傷心)
  • 引用(簍雷說「沒吃到鹹酥雞我絕望啦」)
而簡單語句是指沒有用到上述那些東西的語句。

在A.中第一句為真,但我的阿嬤從來沒學過英文,所以明顯地第二句為假;在這裡原本為真的語句經過等值替換後真假值卻改變了,等值替換失敗。這個問題的重點不在於,噢只要我阿嬤學到snow的意思就是雪,等值替換就不會失敗了啊;而在於,我們在「雪是白的」這句話裡做等值替換不會失敗,然而當我們用同一個方法為「我的阿嬤認為雪是白的」做替換的時候卻失敗了。用的明明是同一種方法,為什麼前者不會改變語句的真假值,後者卻會呢?這中間到底出了什麼差錯?

在B.中雖然克拉克和超人是同一個人,但我們會覺得兩句話有不同的意思,在這裡等值替換也失敗了。

間接脈絡下的等值替換失敗,Frege用sense說明Russell則是用確定描述詞理論解決

簡單語句的等值替換失敗則是在1997年由Jennifer Mather Saul提出來,她提供了區分語意和語用的方式來說明。

相關文章:
等同替換失敗 - Thinking

11.25.2009

語句和命題

我們使用的句子大致可以分成這些種類:

疑問句(我可以跟你借十塊錢嗎?)
感嘆句(吃大便@Q@!)*1
命令句(你再說一次!)
陳述句(馬麻有個奇怪的葛格欺負我(哭跑)。)

前三種是沒有真假值的句子,哲學上會用到的是有真假值的陳述句。我們使用「語句(sentence)」的時候,指的是陳述句。

接下來讓我們看看這兩個語句:

雪是白的。
Snow is white.

如果你懂中文和英文的話,你會知道這兩個語句有相同的意義:那種天氣很冷時從天上掉下來的軟軟的東西是白色的(其實我不清楚雪是不是軟軟的…)。而我們把語句代表的意義稱作命題,因此我們會說這兩個語句代表了同一個命題(proposition)。

至於命題到底是什麼樣的東西在形上學有很多爭論,有人說命題是抽象的實體,有人說命題是我們心裡的概念,有人說命題根本不存在,而我們使用這個詞只是因為講話方便而已。

不過總的來說,命題有真假值,而且同一個命題可以被不同語言的語句表達。


相關文章:
哲學家的「命題」 - 哲與思



*1:「吃大便」在這裡是指,才不要借你勒之類的意思;而不是命令別人去吃大便。

11.16.2009

類型和個例

形上學的讀書會提到,類型(type)和個例(token)是形上學會用到的區分。一個類型可以有很多個例,類型是抽象的,個例則是具體的,例如世界上有「筆」這種類型的東西,而在你鉛筆盒裡的這枝紅筆、這枝藍筆、那枝鉛筆、另一隻藍筆都是這個類型的具體的個例。

類型和個例可以用在語句上,例如:

a.雪是白的
b.雪是白的
c.巴拉巴拉

a和b和c是不同的語句,因為它們三個都佔據了不同的時空;但a和b同樣都是「雪是白的」這類型的語句,c則是另一個屬於「巴拉巴拉」類型的語句。

類型和個例也可以用在動作上,例如:

d.西元2009年11月25日下午九點整,安萍按了一下鍵盤上的Enter
e.西元2009年11月25日下午九點零一分,安萍按了一下鍵盤上的Enter
f.西元2009年10月我忘記是哪天,安萍騎腳踏車不慎撞上路燈*1

d和e和f是三個在不同時間發生的三個動作;但d和e同樣都是「按一下鍵盤上的Enter」這類型的動作,f則是「騎腳踏車撞路燈」這類型的動作。


*1:技術不好就不要冒險學別人在下雨天撐傘騎腳踏車,尤其是遇上很斜的下坡…


相關文章:類別(type)與個別(token) - 哲與思