数据结构:
?D,{R1,......,Rn},{O1,......,Om}?D:数据集R1,......,Rn:数据集上的关系.
O1,......,Om:数据集上的操作(运算).极限描述:limn??xn?a
对于任意的??0,存在自然数N?0,当n?N时, |xn-a|
二元:大于、小于; 函数:求绝对值。 函数极限描述:limx?af(x)?A
对于任意的??0,存在??0,对任何x,当|x-a|
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一阶语言L的构造
符号系统:
个体:常元:a,b,c,…;
自由变元:u,v,w,…; 约束变元:x,y,z,…; 函数符号:f, g, h,…; 关系符号:P, Q,R,…; 联结词:?,?,?,?,?
量词:?,?。辅助符号: (,),[ ,],{ ,}(用于区分) 例:自然数系统:?N,0,s,{?,*},??
生成元:0
生成函数:后继函数s(x)=x+1, 生成自然数集。
(Peano公理)
运算:+,* 为两个二元运算。 关系:= 为一个二元关系。
项集合Term(L)的归纳定义:(其中的元素称为项) (1) 个体常元a?Term(L)
个体自由变元u?Term(L)
(2) 若t1,......,tn?Term(L),f是一个n元函数,则
f(t1,......,tn)?Term(L);
(3) 对任何t?Term(L),可以经由(1)、(2)有限步递归生成。
项集合Term(L)中的项元素被解释成论域中的元素。是基本数据的抽象。函数对应数据操作运算。
等价定义(项集合Term(L)):满足如下条件的最小集合S称为项集合。记为Term(L) (1) a,u?S (归纳基)
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(2) 对任何t1,......,tn?S,及任意的n元函数f,有f(t1,......,tn)?S。(归纳步)
原子谓词公式集Atom(L):
对任何t1,....t.,Term,L(及)任意的n元关系R,R(t1,......,tn)?Atom(L)。n.?(R(t1,......,tn)可判断)
在命题语言中,原子命题是最小单位,用一个命题符号表示。一阶语言中,原子命题不是最小单位,它刻画基础对象之间的某种关系(或性质)。对象之间有这种关系(或性质)就取真,否则就假。
谓词公式集Form(L)的归纳定义:
(1) 原子公式集Atom(L)?Form(L)。
(2) 若A,B?Form(L),则(?A),(A*B)?Form(L) 。 其中*?{?,?,?,?}
(2) 若A(u)?Form(L),x不在A(u)中出现,则
(?x)A(x),(?x)A(x)?Form(L)。
在一阶语言中,变元只对个体,函数符号和谓词符号视为常元符号。量词只作用在个体变元上。
谓词语言的表达能力仍然有限! 如下推理一阶语言不能表达: (1)
前提:自然数集的任何子集都有最小元。
A是自然数集的一个子集。 结论:A有最小元。
子集的描述可用一元谓词。“任何子集”的表达需要将谓词作为变元,用全称量词才能表达!
需要引入关系变元(二阶语言): (2)
(?A)?(x)A[x?()?y(A)y(?( ?x)y前提:有算法就能用程序实现。
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存在求解问题A的算法。 结论:存在求解问题A的程序。
算法和程序可用函数表达。“存在算法”的表达需要将函数作为变元,用存在量词才能表达! 例1. 公式(?x)[F(x)?(?y)[(?z)G(y,z)?H(u,x,y)]的归纳生成过程。 (1)F(u1),G(u2,u3),H(u,u1,u2)
(2)(?z)G(u2,z)
(3)(?z)G(u2,z)?H(u,u1,u2)] (4)(?y)[(?z)G(y,z)?H(u,u1,y)] (5)F(u1)?(?y)[(?z)G(y,z)?H(u,u1,y)] (6)(?x)[F(x)?(?y)[(?z)G(y,z)?H(u,x,y)] 例2.自然语言陈述表达公式表达 (1)苏格拉底论断。
前提:所有的人要死。((?x)[M(x)?D(x)]) 苏格拉底是人。(a:苏格拉底,M(a))
结论:苏格拉底要死。D(a)
(2)前提:有人在教室看书则灯亮。((?x)[R(x)?Q])
张三在教室看书。(a:张三,R(a)) 结论:教室灯亮。(Q)
例3. 前提:相互认识的人是朋友。
(?x)(?x)[K(x,y)?F(x,y)] 张三和李四相互认识。
(a:张三,b:李四。K(a,b))
结论:张三和李四是朋友。F(a,b)
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例4. 每一个自然数都存在唯一后继。
存在性:N(u)?(?y)(N(y)?(y?s(u)))]
唯一性:(?z)(?w){([N(z)?(z?s(u))]?[N(w)?(w?s(u))])?(z?w)} 最后公式:
(?x){N(x)?[(?y)(N(y)?(y?s(x)))]? (?z)(?w){([N(z)?(z?s(x))]?[N(w)?(w?s(x))])?(z?w)}一元谓词N(x)作为特称(限定)谓词可以省去。
(?x){[(?y)(y?s(x))]?(?z)(?w){([(z?s(x))?(w?s(x))]?(z?w)}}
(?x){[(?y)(N(y)?(y?s(x)))]?(?z)(?w){([N(z)?(z?s(x))]
?[N(w)?(w?s(x))])?(z?w)}例5.三人行,必有我师。
含义:任意三个人中,有一位是我的老师。
(?x)(?y)(?z)[T(x,a)?T(y,a)?T(z,a)]
论域:人构成的集合。特称(限定)谓词M(x)。
习题:
P92:3.2.2, 3.2.4
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