Thursday, May 01, 2008

切削定理www.tool-tool.com



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切削定理是確立相繼式演算重要性的主要結果。它最初由格哈德·根岑在他的劃時代論文《邏輯演繹研究》對分別形式化直覺邏輯經典邏輯的系統 LJ 和 LK 做的證明。切削定理聲稱在相繼式演算中,擁有利用了切規則的證明的任何判斷,也擁有無切證明,就是說,不利用切規則的證明。

相繼式是與多個句子有關的邏輯表達式,形式為 "A, B, C, \ldots \vdash N, O, P",它可以被讀做 "A, B, C, \ldots 證明 N, O, P",並且(按 Gentzen 的注釋)應當被理解為等價於真值函數 "如果 (A & B & C \ldots) 那麼 (N or O or P)"。注意 LHS(左手端)是合取(and)而 RHS(右手端)是析取(or)。LHS 可以有任意多個公式;在 LHS 為空的時候,RHS 是重言式。在 LK 中,RHS 也可以有任意數目的公式--如果沒有,則 LHS 是個矛盾,而在 LJ 中,RHS 只能沒有或有一個公式: 在右緊縮規則前面,允許 RHS 有多於一個公式,等價於容許排中律。注意,相繼式演算是相當有表達力的框架,已經為直覺邏輯提議了允許 RHS 有多個公式的相繼式演算,而來自 Jean-Yves Girard 的邏輯 LC 得到了 RHS 最多有一個公式的經典邏輯的更加自然的形式化;邏輯和結構規則的相互作用是它的關鍵。

"切"是在相繼式演算的正規陳述中的一個規則,並等價於在其他證明論中的規則變體,給出

(1)  (A, B, \ldots) \vdash C

(2) C \vdash (D, E, \ldots)

你可以推出

(3) (A, B, \ldots) \vdash (D, E, \ldots)

就是說,在推論關係中"切掉"公式 "C" 的出現。

切消定理聲稱(對於一個給定的系統) 使用切規則的任何相繼式證明也可以不使用這個規則來證明。如果我們認為 (D, E, \ldots) 是一個定理,則切消簡單的聲稱用來證明這個定理的引理 C 可以被內嵌(inline)。在這個定理的證明提及引理 C 的時候,我們可以把它代換為 C 的證明。因此,切規則是可接納的

對於用相繼式公式化的系統,分析性證明是不使用切規則的證明。這種證明典型的會很長,當然沒有必要這麼做。在散文《不要消除切呀!》中,George Boolos 展示了可以使用切在一頁中完成的推導,而它的分析性證明要耗盡宇宙的壽命來完成。

這個定理有很多豐富的推論。一旦一個系統被證明有切消定理,這個系統通常立即就是一致的。這個系統通常也有子公式性質,這是達成證明論語義的重要性質。切削是證明插值定理的最強力工具。基於歸結原理的完成證明查找的可能性,導致 Prolog 程式語言的本質洞察,依賴於在適當的系統中接納切規則。

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