Cálculo de predicados. Lógica de predicados. Cálculo de predicados. Cálculo de predicados 08/06/2011

Transcripción

1 Lógica de predicados Hay ciertos argumentos que parecen ser perfectamente lógicos y que no pueden ser especificados usando cálculo proposicional. Ejemplos: Todos los gatos tienen cola Tomás es un gato De estas dos oraciones, uno podría concluir que Tomás tiene cola Para mostrar que este argumento es valido, debemos identificar individuos como Tomás, junto con sus propiedades y predicados. Este es el objetivo del cálculo de predicados. Generalmente los predicados son usados para describir ciertas propiedades o relaciones entre individuos u objetos. Ejemplo: María y Ana son hermanas, las frase son hermanas es un predicado. Las entidades conectadas en esta forma, María y Ana, se llaman términos. Además de los términos y predicados, se usa también cuantificadores. Los cuantificadores indican qué tan frecuentemente una cierta afirmación es verdadera. Específicamente, el cuantificador universal se usa para indicar que una afirmación es siempre verdadera, mientras que el cuantificador existencial indica que una afirmación es algunas veces verdadera. El cálculo de predicados es una generalización del cálculo proposicional. Además de los términos, predicados y cuantificadores, el cálculo de predicados contiene proposiciones y conectivos como parte del lenguaje. El predicado Juana es la madre de Pablo puede sólo ser valorada dentro de un cierto contexto. Hay mucha gente llamada Juana y Pablo, y sin más información la oración en cuestión puede referirse a mucha gente diferente, lo cual hace esto ambiguo. 1

2 El universo de discurso o dominio es la colección de personas, ideas, símbolos, estructuras de datos, etc., que afecta el argumento lógico bajo consideración. Los elementos del universo de discurso se llaman individuos. La veracidad de una afirmación puede depender del dominio seleccionado. Hay un número que es el más pequeño es verdadera en el dominio de los números naturales, pero falsa en el dominio de los enteros. Para evitar casos triviales, se estipula que cada universo de discurso debe contener al menos un individuo. Para referirse a un individuo en particular u objeto, se usan identificadores. Estos identificadores se llaman constantes individuales. Ejemplos de universo de discurso Personas, las constantes individuales pueden ser sus nombres. En los números naturales, las constantes individuales son los dígitos que representan a los números. Cada constante individual debe identificar a un individuo en particular. Por ejemplo, si el universo de discurso consta de personas, no debe haber dos personas con el mismo nombre. Generalmente, los predicados hacen afirmaciones sobre individuos. María y Pablo son hermanos Juana es la madre de María Tomás es un gato La suma de 2 y 3 es 5 En cada una de estas afirmaciones, hay una lista de individuos, los cuales vienen dados por la lista de argumentos, junto con las frases que describen ciertas relaciones o propiedades entre los individuos de la lista de argumentos. Estas propiedades o relaciones son llamadas predicados. En la afirmación María y Pablo son hermanos la lista de argumentos está dada por María y Pablo, mientras que el predicado se describe por la frase son hermanos. Los elementos de la lista de argumentos se llaman argumentos. Los argumentos pueden ser variables o constantes individuales. En el cálculo de predicados, a cada predicado se le da un nombre, el cual es seguido por la lista de argumentos. La lista de argumentos se encierra en paréntesis. Por ejemplo para expresar que Juana es la mamá de María, uno podría escoger un identificador, digamos madre, para expresar el predicado es mamá de y uno escribiría madre(juana, María) Muchos usan sólo una letra como nombres de predicados y constantes. Así el predicado se escribiría como M(j, m). Note que el orden de los argumentos es importante. Claramente, las afirmaciones madre(juana, María) y madre(maría, Juana), tienen un significado diferente. 2

3 Cálculo de Predicados El número de elementos en la lista de predicados se llama la aridad del predicado. Ejemplo madre(juana, María) tiene una aridad de 2. La aridad de un predicado es fija. Un predicado no puede tener 2 argumentos en un caso y 3 en otro. Un predicado con aridad n se llama un predicado de n-plazas. Un predicado de una plaza se llama una propiedad. El predicado es un gato, es un predicado de una plaza, o una propiedad. El predicado es mamá de es un predicado de dos plazas. Un nombre de un predicado, seguido por una lista de argumentos entre paréntesis, se llama una fórmula atómica. Ejemplo: Juana es madre de María, fórmula atómica madre(juana, María) afirmación compuesta, madre(juana, María) madre(maría, Juana) Ejemplo: gato(tomás) tienecola(tomás) fórmulas atómicas, podemos formar gato(tomás) tienecola(tomás) Si todos los argumentos de un predicado son constantes individuales, entonces la fórmula atómica resultante debe ser verdadera o falsa. Esto es parte de la definición de un predicado. Si el universo de discurso consiste de Juana, Diego, María y Pablo, debemos conocer para cada par ordenado de individuos si el predicado es mamá de es verdadero. Esto se puede hacer en forma de tabla. Diego Juana María Pablo Diego F F F F Juana F F V V María F F F F Pablo F F F F Cualquier método que asigne valores de verdad a todas las posibles combinaciones de individuos de un predicado se llama asignación del predicado. Por ejemplo la tabla anterior es una asignación del predicado madre. Ejemplos: madre(x, y) madre(juana, Pablo) = V renglón primer argumento columna segundo argumento Dominio: 1,2,3,4 Predicado: mayor es verdadero si el primer argumento es mayor que el segundo F F F F 2 V F F F 3 V V F F 4 V V V F 3

4 Cálculo de Predicados Cálculo de Predicados En un universo de discurso finito, uno puede representar la asignación de predicados con arreglos de dimensión n por n. Note que los símbolos matemáticos y son predicados. Sin embargo, estos predicados son usados normalmente en notación infija. Por esta razón son colocados entre los argumentos. Por ejemplo para expresar que 2 es mayor que 1, escribimos 2 1, en lugar de (2, 1). Ejemplos de expresiones que contienen variables gato(x) tienecola(x) perro(y) café(y) grado(x) (x 0) (x 100) Cuantificador universal Considere las siguiente afirmaciones: 1. Todos los gatos tienen cola 2. Todos conseguimos un descanso de vez en cuando Todas estas afirmaciones indican qué tan frecuentemente ciertas cosas son verdaderas. Sea A una expresión, y sea x una variable. Si queremos indicar que A es verdadera para todos los valores posibles de x, escribimos x A. Aquí x es llamado el cuantificador universal, y A se llama el ámbito o alcance del cuantificador. La variable x se dice que está ligada al cuantificador. El símbolo se pronuncia para todo. Universal Oraciones que contienen palabras como: cada, cada uno, y todos usualmente indican cuantificación universal. para cada x, lo cual se traduce como x. Ejemplo: Todos conseguimos un descanso de vez en cuando Definimos B = conseguir un descanso de vez en cuando. B(x) = x consigue un descanso de vez en cuando. La palabra Todos indica que esto es verdadero para toda x. Esto lleva a x B(x). 4

5 Ejemplo: Todos los gatos tienen cola en cálculo de predicados. Primero encontramos el alcance del cuantificador universal, el cual es Si x es un gato entonces x tiene cola. Después de escoger los símbolos de predicado descriptivos, expresamos esto por la siguiente fórmula compuesta: gato(x) tienecola(x) Esta expresión debe ser cuantificada universalmente para hallar la solución requerida. x (gato(x) tienecola(x)) Otra forma de expresar esta afirmación es y (gato(y) tienecola(y)) Aquí, la variable ligada es y en lugar de x, generalmente el nombre de la variable usada para la cuantificación es indistinto Si A representa una expresión, y x representa a una variable. Si queremos indicar que A es verdadero para al menos un valor de x, escribimos x A. Esto se pronuncia Existe una x tal que A. Aquí x es llamado el cuantificador existencial, y A se llama el alcance o ámbito del cuantificador existencial. La variable x se dice que está ligada al cuantificador. Afirmaciones que contienen frases como algunos, al menos uno sugieren cuantificación existencial. Y deben ser reescritos como Hay un x tal que, lo cual se traduce en x. Sea P la propiedad le gusta la carne cruda. Entonces x P(x) se puede traducir como Hay personas a las que les gusta la carne cruda o A algunas personas les gusta la carne cruda. Si A representa una expresión, y x representa a una variable. Si queremos indicar que A es verdadero para al menos un valor de x, escribimos x A (Existe una x tal que A). Aquí x es llamado el cuantificador existencial, y A se llama el alcance o ámbito del cuantificador existencial. La variable x se dice que está ligada al cuantificador. Afirmaciones que contienen frases como algunos, al menos uno sugieren cuantificación existencial. Y deben ser reescritos como Hay un x tal que, lo cual se traduce en x. Sea P la propiedad le gusta la carne cruda. Entonces x P(x) se puede traducir como Hay personas a las que les gusta la carne cruda o A algunas personas les gusta la carne cruda. Ejemplos: Hay alguien que conoce a todos x(x conoce a todos). Aquí x conoce a todos está todavía en español y significa que para todo y es verdad que x conoce a y. Por tanto x conoce a todos = y C(x, y). Finalmente se añade el cuantificador existencial y obtenemos x y C(x, y). 5

6 Ejemplo Cualquiera tiene alguien quien es su madre Definimos M como el predicado madre ; esto es, M(x, y) significa que x es la madre de y. La oración Alguien es la madre de y se traduce como x M(x, y). Para expresar que esto debe ser verdad para toda y, agregamos el cuantificador universal, lo cual queda como y x M(x, y) Ejemplo: Nadie es perfecto Incluye un cuantificador, Nadie, el cual es la ausencia de un individuo con una cierta propiedad. En cálculo de predicados el hecho de que nadie tenga una propiedad P, no puede ser expresada directamente. Para expresar el hecho de que no hay x para la cual una expresión A es verdadera, uno puede usar x A o x P(x), indica que nadie es perfecto. En el primer caso, decimos, en traducción verbal, No se da el caso de que exista alguien quien sea perfecto, mientras que en el segundo caso decimos Para cualquiera, no se da el caso de que sea perfecto. Los dos métodos para expresar que nadie es A deben por supuesto ser lógicamente equivalentes; esto es, x A x P(x). Variables ligadas y libres Las variables que aparecen en el cuantificador es una variable ligada. Ejemplo: x (P(x) Q(x)), x aparece tres veces, y cada vez x es una variable ligada. Cualquier variable que no está ligada a un cuantificador se llama variable libre. x (P(x,y) Q(x)) Ejercicio Encontrar las variables libres y ligadas en z (P(z) Q(x)) y Q(y) z (P(z,x) xq(x)) y Q(y,z) x y (P(x,y) Q(x,z)) z Q(y,z) 6

7 Formalización Los animales forman el universo de discurso. Formaliza: Todos los animales son mamíferos Considere primero las oraciones Todos los perros son mamíferos. Ya que el cuantificador se debe restringir a los perros, uno re-escribe la afirmación como Si x es perro, entonces x es un mamífero. Esto da lugar a Generalmente, la oración x(perro(x) Mamífero(x)) x(p(x) Q(x)) puede ser traducida como Todos los individuos con propiedad P además tienen la propiedad Q. Formalización Ejemplo: Algunos perros son cafés. Esta afirmación significa que hay algunos animales que son perros y que son cafés. Por supuesto que, la afirmación x es un perro y x es café puede ser traducida como Perro(x) Café(x). Hay algunos perros cafés se puede traducir como x (Perro(x) Café(x)) La afirmación x (P(x) Q(x)) Puede en general ser interpretada como Algunos individuos con propiedad P también tienen la propiedad Q. Note que si el cuantificador universal se aplica sólo a individuos con una propiedad dada, entonces se usa el condicional para restringir el universo de discurso. Por otro lado, si se restringe la aplicación del cuantificador existencial, se usa la conjunción. : valor de verdad Ahora discutiremos posibles interpretaciones de x P(x), donde P es el predicado ha pagado. Para encontrar una interpretación, se necesita una lista de consumidores, el cual provee el universo de discurso requerido. Asumamos que hay solo hay tres consumidores J, M y S. Estas abreviaciones son las constantes individuales. Luego, se necesita una asignación para P(x). Si J y M han pagado pero S no, esta asignación está dada como sigue J M S P(x) V V F Ahora no hay dificultad en determinar el valor de verdad para x P(x). Obviamente, la afirmación es falsa. En nuestra interpretación, x P(x) es sólo verdad si P(J), P(M) y P(S) son todos verdaderos, y este no es el caso. S no ha pagado, es decir, P(S) es falso. : valor de verdad Universal Para la interpretación, seleccionamos un dominio finito de n individuos a 1, a 2,..., a n, x P(x) es verdadera sólo si P(a 1 ), P(a 2 ),...,P(a n ) son todas verdaderas. Por tanto x P(x) viene dada por x P(x) P(a 1 ) P(a 2 )... P(a n ) 7

8 : valor de verdad Existencial x P(x) es verdad si hay al menos una x para la cual P(x) se satisface. En la interpretación dada, P(J) es verdadera y esto es suficiente para hacer x P(x) verdadera. Hay un consumidor, J, quien ha pagado. En un dominio con n individuos a 1, a 2,..., a n, x P(x) es verdadera en cada interpretación que hace a P(a 1 ) verdadera o P(a 2 ) verdadera,..., o P(a n ) verdadera. Consecuentemente, x P(x) P(a 1 ) P(a 2 )... P(a n ) Ejercicio: verifica las respuestas El universo de discurso es los números reales x[ p( x) r( x)]: TRUE x=4 p( x): x 0 x[ p( x) q( x)]: TRUE 2 q( x): x 0 x[ p( x) q( x)]: TRUE 2 r( x): x 3x 4 0 x[ q( x) s( x)]: FALSE x=1 2 s( x): x 3 0 x[ r( x) s( x)]: FALSE x=1,0.5,... x[ r( x) p( x)]: FALSE x=-1 8