Natürliche Deduktion in S5-Modallogik - Einführungs- und Eliminationsregeln

Gibt es natürliche Abzugsregeln für die S5-Modaloperatoren, die die Einführungs- und Eliminierungsregeln für Quantoren in der Prädikatenlogik widerspiegeln? Ich erinnere mich, irgendwo Regeln wie die folgenden gesehen zu haben:

Einführung in die Notwendigkeit: Wenn Sie einen strengen Unterbeweis von A (ohne Hypothese) haben, können Sie auf □A schließen

Notwendigkeitsbeseitigung: □A impliziert A

Möglichkeitseinleitung: A impliziert ◇A

Möglichkeitsausschluss: Wenn Sie einen strengen Unterbeweis von B aus Hypothese A haben, dann können Sie aus ◇A auf B schließen

Wo es für die Einführung von Notwendigkeiten und die Eliminierung von Möglichkeiten Einschränkungen für den modalen Geltungsbereich von A, B und die Aussagen gibt, die in die strengen Unterbeweise importiert werden können (wie die Einschränkungen für das Auftreten der freien Variablen in der universellen Verallgemeinerung und der existentiellen Instanziierung). .

Intuitiv scheint es, als sollten die Regeln lauten:

Einführung in die Notwendigkeit: Wenn Sie einen strengen Unterbeweis von A (ohne Hypothese) haben, können Sie auf □A schließen

Notwendigkeitsbeseitigung: □A impliziert A

Möglichkeitseinleitung: A impliziert ◇A

Möglichkeits-"Eliminierung": Wenn Sie einen strengen Unterbeweis von B aus Hypothese A haben, können Sie aus ◇A auf ◇B schließen (beachten Sie die Hinzufügung des Möglichkeitsoperators zu B)

Wo die Einschränkung nur darin besteht, dass Sie notwendige Anweisungen importieren können, indem Sie einen anfänglichen Notwendigkeitsoperator entfernen. Aber das gibt kein S5. Meine Frage ist, ob es eine strengere Version der Regeln gibt.

Antworten (3)

S5 := T + 5 und T := K + M, wobei Axiom 5 := ◇p → □◇p, M (Reflexivitätsaxiom) := □p → p, und K das einfachste normale Modalsystem ist, das eine Notwendigkeitsregel hat N und Verteilungsaxiom K.

Basierend auf der obigen Definition und den Axiomen in Bezug auf Ihre "Notwendigkeitseinführung" tut dies genau die Notwendigkeitsregel im System K, dh p → □p, was so interpretiert werden kann, als ob p ein Theorem ist, dann ist □p ebenfalls ein Theorem .

In Bezug auf Ihre „Notwendigkeitsbeseitigung“ ist dies genau das oben für S5 definierte Reflexivitätsaxiom M.

In Bezug auf Ihre "Möglichkeitseinführung" kann dies trivial bewiesen werden, indem Sie Brouwers Axiom B (p → □◇p) mit dem obigen Reflexivitätsaxiom M in S5 hinzufügen.

In Bezug auf Ihre "Möglichkeitsbeseitigung" können wir in System K beweisen, dass □(A→B) → (◇A→◇B) (bei Interesse können Sie hier eine detaillierte Herleitung im Kommentar einer früheren PSE-Frage sehen), aber wenn Sie wirklich wollen ( A→B) → (◇A→◇B), dann scheint es die einzige Möglichkeit zu sein, dass die Formel (A→B) ein tautologisches Theorem ist, dann können wir die obige Notwendigkeitsregel N im System K anwenden, dann können wir bei (A→B) → □(A→B) ankommen, dann Modus Ponens, wir können (A→B) → (◇A→◇B) haben.

Danke für die Antwort; das beantwortet meine frage aber nicht. Natürlich kann man beliebige Axiome hinzufügen, um S5 zu erhalten, z. B. <>[]A -> []A zu den Regeln, die ich im zweiten Satz gegeben habe (was meiner Meinung nach T entspricht, wenn ich die Terminologie richtig verstehe). . Meine Frage ist, ob es einen Satz von 4 Regeln gibt, die strukturell den Verallgemeinerungs- und Instantiierungsregeln für Quantoren ähneln, die S5 von sich aus ergeben.
@MattDickau Ein weiteres S5-äquivalentes Axiomsystem besteht darin, 5 in B + 4 zu ändern, wobei B das Axiom von Brouwer und 4 □p → □□p ist. Jeder Satz dient dazu, die Zugänglichkeitsbeziehung R des Kripke-Rahmens auf euklidisch zu beschränken. Hoffe das ist hilfreich...
p → □p ist kein Satz von S5. Die N-Regel besagt, dass ⊢p ⇒ ⊢□p, wobei ⇒ eine Implikation auf der Metaebene ist.
@Bumble danke für deinen Kommentar oben, ja, per Definition der normalen Modallogik muss es unter der N-Regel geschlossen werden, was eigentlich ein Inferenzschema ist, also ist es streng genommen eine Implikation auf Metaebene.
@MattDickau, es ist ein bekannter Satz, der die Modallogik ist, KM5 = KMB4 = KDB4 = KDB5.

Es ist möglich, S5 unter Verwendung natürlicher Deduktionsstilregeln anstelle von Axiomen auszudrücken. Es ist jedoch ein ganzes Stück komplexer als nur eine einzige Einführungs- und Eliminierungsregel für Box und Diamond. Es gibt hier einen Artikel, der einen Ansatz beschreibt:

https://projecteuclid.org/download/pdf_1/euclid.ndjfl/1093888133

Eine Alternative ist die Verwendung des Folgenkalküls, der ein schnittfreies und entscheidbares System liefern kann. Der folgende Artikel beschreibt, wie S5 mit Hilfe des Folgenkalküls dargestellt werden kann.

Ein schnittfreier einfacher Folgenkalkül für die Modallogik S5

Ich habe herausgefunden, wonach ich gesucht habe. Die folgenden Schlußregeln, die zu denen für den klassischen Aussagenkalkül hinzugefügt werden, ergeben die S5-Modallogik:

Definition: Eine im Wesentlichen modale Anweisung hat die Form □A, ~□A, ◇A oder ~◇A.

Einführung in die Notwendigkeit: Wenn Sie einen strengen Unterbeweis von A (ohne Hypothese) haben, können Sie auf □A schließen, wobei alle vorherigen Aussagen, die Sie in den strengen Unterbeweis einfügen, im Wesentlichen modal sein müssen .

Notwendigkeitsbeseitigung: □A impliziert A

Möglichkeitseinleitung: A impliziert ◇A

Möglichkeitsbeseitigung: Wenn Sie einen strengen Unterbeweis von B aus Hypothese A haben, können Sie aus ◇A auf B schließen, wobei sowohl die Schlussfolgerung B als auch alle vorherigen Aussagen, die Sie in den strengen Unterbeweis einfügen, im Wesentlichen modal sein müssen .

Mit diesen Schlußregeln können Sie alle üblichen Axiome für S5 sowie die dualen Beziehungen ◇A=~□~A und □A=~◇~A beweisen (damit sie nicht von Hand eingegeben werden müssen, und Möglichkeit und Notwendigkeit werden als gleich grundlegend behandelt).

Bearbeiten: Die Definition von im Wesentlichen modalen Anweisungen kann wie folgt erweitert werden, ohne die Logik zu ändern:

  • Jede Aussage der Form □A oder ◇A ist im Wesentlichen modal.
  • Die Negation einer im Wesentlichen modalen Aussage ist im Wesentlichen modal.
  • Die Konjunktion, Disjunktion, Implikation oder Äquivalenz zwischen zwei im Wesentlichen modalen Aussagen ist im Wesentlichen modal.
  • (Für quantifizierte S5-Modallogik) Die universelle oder existenzielle Quantifizierung über eine im Wesentlichen modale Aussage ist im Wesentlichen modal.
Ich kenne mich mit Modallogik nicht so gut aus, aber ich bin verwirrt über die Eliminierung von Möglichkeiten. Wollen Sie damit sagen, dass, wenn wir □ (A → B) haben (wie dies durch einen strengen Unterbeweis von B aus Hypothese A impliziert zu werden scheint) zusammen mit ◇A können wir folgern, dass B wahr ist, ohne ein □ oder ◇ davor? (dh ein Beweis, dass B in „unserer“ Welt wahr ist) Das scheint nicht richtig zu sein, aber ich missverstehe wahrscheinlich, was Sie sagen.
Wenn Sie □(A→B) und ◇A haben, können Sie grundsätzlich auf B schließen, solange B eine der Formen □C, ~□C, ◇C oder ~◇C für einige C hat. Auch es sind Aussagen dieser Formen, die in strenge Unterbeweise importiert werden können.
@MattDickau kann man leicht beweisen in K ⊢ □(A→B)→(◇A→◇B), also gegeben □(A→B) und ◇A, sogar in K ⊢ ◇A→◇B, dann ⊢ ◇B . Ihr letztes Axiom ist also einfach in Ihrem System ⊢ ◇B→B (oder allgemein ⊢ ◇A→A). In Bezug auf Ihr 3. Axiom, wie ich bereits erwähnt habe, ist es in reflexivem T (Ihr 2. Axiom) ⊢ A→◇A ableitbar, da es für sich selbst zugänglich ist, also scheint es unnötig zu sein. Ich sehe auch nicht, wie Sie die Transitivität in Ihrem System ⊢ □A→□□A ableiten können?
@DoubleKnot, genau genommen sind dies alles Abzugsregeln, keine Axiome. Meine letzte Abzugsregel erlaubt kein ⊢ ◇B→B für beliebiges B. Was sie erlaubt, ist ⊢ ◇XB→XB, wobei X eines von □, ~□, ◇ oder ~◇ ist. Meine dritte Deduktionsregel ist nicht aus der zweiten ableitbar, weil ich ◇ als primitiv behandle und nicht über ◇=~□~ definiere. Und die Transitivität ist leicht ableitbar, weil die erste Abzugsregel ⊢ XB→□XB für jeden der von mir aufgelisteten Operatoren X ergibt.