WikiDer > Конъюнктивті қалыпты форма
Жылы Логикалық логика, а формула ішінде конъюнктивті қалыпты форма (CNF) немесе сөйлем қалыпты формасы егер бұл а конъюнкция бір немесе бірнеше тармақтар, мұндағы сөйлем а дизъюнкция туралы литералдар; басқаша айтқанда, бұл а қосындылардың көбейтіндісі немесе ЖӘНЕ ОР-лар. Сияқты канондық қалыпты форма, бұл пайдалы автоматтандырылған теорема және тізбек теориясы.
Литералдардың барлық конъюнкциялары және литералдардың барлық дизъюнкциялары CNF-де орналасқан, өйткені оларды сәйкесінше бір әріптік сөйлемдердің және бірыңғай сөйлемнің конъюнкциялары ретінде қарастыруға болады. Сияқты дизъюнктивті қалыпты форма (DNF), формула құрамында CNF формуласы болуы мүмкін жалғыз қосылғыш және, немесе, және емес. Not операторы тек сөзбе-сөздің бөлігі ретінде қолданыла алады, демек ол тек a-дан бұрын болуы мүмкін пропозициялық айнымалы немесе а предикат белгісі.
Автоматтандырылған теореманы дәлелдеу кезінде «сөйлем қалыпты формасы«жиі тар мағынада қолданылады, яғни CNF формуласының литералдар жиынтығы ретінде белгілі бір көрінісін білдіреді.
Мысалдар және мысалдар емес
A, B, C, D, E және F айнымалыларындағы барлық келесі формулалар конъюнктивті қалыпты формада:
Үшінші формула конъюнктивті қалыпты формада, өйткені ол тек бір ғана қосылғышпен, яғни сөйлеммен «конъюнкция» ретінде қарастырылады .Айтпақшы, соңғы екі формула да дизъюнктивті қалыпты форма.
Келесі формулалар емес конъюнктивті қалыпты түрінде:
- , НЕМЕСЕ ЕМЕС ішінде орналастырылғандықтан
- , ЖӘНЕ НЕМЕСЕ ішінде орналасады
Кез-келген формуланы конъюнктивті қалыпты формула түрінде формула түрінде жазуға болады, атап айтқанда бұл жоғарыда аталған үш мысалға қатысты емес; олар сәйкесінше конъюнктивті қалыпты формадағы келесі үш формулаға тең:
CNF-ге конверсия
[1]Әрқайсысы ұсыныстық формула түрлендіруге болады балама CNF-де болатын формула. Бұл трансформация ережелерге негізделген логикалық эквиваленттер: екі рет терістеуді жою, Де Морган заңдары, және тарату құқығы.
Барлық пропорционалды формулаларды конъюнктивті қалыпты формада эквиваленттік формулаға айналдыруға болатындықтан, дәлелдер көбінесе барлық формулалар CNF деген болжамға негізделеді. Алайда, кейбір жағдайларда CNF-ге айналу формуланың экспоненциалды жарылысына әкелуі мүмкін. Мысалы, келесі CNF емес формуланы CNF-ге аударғанда формула шығады тармақтар:
Атап айтқанда, құрылған формула:
Бұл формула құрамында тармақтар; әрбір сөйлемде екеуі де бар немесе әрқайсысы үшін .
Сақтау арқылы мөлшердің экспоненциалды ұлғаюына жол бермейтін CNF-ге айналу бар қанағаттанушылық гөрі баламалылық.[2][3] Бұл түрлендірулер формуланың мөлшерін тек сызықтық ұлғайтуға кепілдік береді, бірақ жаңа айнымалыларды енгізеді. Мысалы, жоғарыдағы формуланы айнымалыларды қосу арқылы CNF-ге айналдыруға болады келесідей:
Ан түсіндіру жаңа формуланың ең болмағанда біреуі дұрыс болған жағдайда ғана осы формуланы қанағаттандырады. Егер бұл айнымалы болса , содан кейін екеуі де және ақиқат. Бұл дегеніміз, әрқайсысы модель осы формуланы қанағаттандыратыны бастапқы формуланы да қанағаттандырады. Екінші жағынан, бастапқы формуланың кейбір модельдері ғана оны қанағаттандырады: өйткені бастапқы формулада айтылмаған, олардың мәндері оны қанағаттандыруға қатысы жоқ, бұл соңғы формулада жоқ. Бұл аударманың түпнұсқа формуласы мен нәтижесі дегенді білдіреді теңдестірілген бірақ жоқ балама.
Балама аударма Цейтиннің трансформациясы, тармақтары да кіреді . Осы тармақтардың көмегімен формула көздейді ; бұл формула көбінесе «анықтау» деп саналады үшін атау болу .
Бірінші ретті логика
Бірінші ретті логикада конъюнктивті қалыпты форманы одан әрі қарай алуға болады сөйлем қалыпты формасы логикалық формуланың, оны орындау үшін пайдалануға болады бірінші ретті шешім.Қарарға негізделген автоматтандырылған теореманы дәлелдеуде, CNF формуласы
| , бірге литералдар, әдетте жиындар жиынтығы ретінде ұсынылады | |||||||||||||||||||
| . |
Қараңыз төменде мысал үшін.
Есептеудің күрделілігі
Проблемаларының маңызды жиынтығы есептеу күрделілігі логикалық формуланың конъюнктивтік қалыпты формада көрсетілген айнымалыларына формула шындыққа сәйкес келетін тапсырмаларды табуды қамтиды. The к-SAT есебі - бұл әр дизъюнкция ең көп мөлшерде болатын CNF-де көрсетілген буль формуласына қанағаттанарлық тапсырманы табу мәселесі. к айнымалылар. 3-SAT болып табылады NP аяқталды (басқалар сияқты) к- SAT мәселесі к> 2) while 2-SAT шешімдері бар екені белгілі көпмүшелік уақыт.Нәтижесінде,[4] формуланы а-ға түрлендіру міндеті DNF, қанағаттанушылықты сақтау, болып табылады NP-hard; қосарланған, консервілеу, CNF-ге айналдыру жарамдылық, NP-қатты болып табылады; демек, DNF немесе CNF-ге баламалығын сақтайтын конверсия NP-қиын.
Бұл жағдайда типтік мәселелер «3CNF» формулаларын қамтиды: конъюнктивті қалыпты форма, конъюнкцияда үш айнымалыдан аспайды. Практикада кездесетін осындай формулалардың мысалдары өте үлкен болуы мүмкін, мысалы 100000 айнымалы және 1000000 конъюнктура.
CNF-дегі формуланы «теңдейтін формулаға» айналдыруға боладыкCNF »(үшін к≥3) әрбір жалғаулықты одан әріге ауыстыру арқылы к айнымалылар екі жалғаулық арқылы және бірге З жаңа айнымалы және қажет болған жағдайда жиі қайталанады.
Бірінші ретті логикадан түрлендіру
Түрлендіру үшін бірінші ретті логика CNF-ге:[1]
- Түрлендіру теріске шығару қалыпты формасы.
- Салдары мен эквиваленттерін алып тастаңыз: бірнеше рет ауыстырыңыз бірге ; ауыстыру бірге . Сайып келгенде, бұл барлық жағдайларды жояды және .
- Бірнеше рет қолдану арқылы ЕМЕС-терді ішке қарай жылжытыңыз Де Морган заңы. Атап айтқанда, ауыстырыңыз бірге ; ауыстыру бірге ; және ауыстырыңыз бірге ; ауыстыру бірге ; бірге . Осыдан кейін, а тек предикат белгісінен бұрын болуы мүмкін.
- Айнымалыларды стандарттау
- Сияқты сөйлемдер үшін бір айнымалы атауын екі рет қолданатын, бір айнымалының атын өзгертетін. Бұл кейінірек кванторларды тастағанда шатасудан аулақ болады. Мысалға, болып өзгертілді .
- Skolemize мәлімдеме
- Сандық белгілерді сыртқа жылжытыңыз: бірнеше рет ауыстырыңыз бірге ; ауыстыру бірге ; ауыстыру бірге ; ауыстыру бірге . Бұл алмастырулар эквиваленттілікті сақтайды, өйткені алдыңғы айнымалы стандарттау қадамы оны қамтамасыз етті пайда болмайды . Осы ауыстырулардан кейін квантор формуланың бастапқы префиксінде ғана орын алуы мүмкін, бірақ а ішінде болмайды , , немесе .
- Бірнеше рет ауыстырыңыз бірге , қайда жаңа -ary функциясы, «деп аталатынсколем функциясы«. Бұл эквиваленттіліктен гөрі қанағаттанушылықты сақтайтын жалғыз қадам. Ол барлық экзистенциалдық кванторларды жояды.
- Барлық әмбебап кванторларды тастаңыз.
- ЖӘНЕ-ді AND-ге қарай таратыңыз: бірнеше рет ауыстырыңыз бірге .
Мысал ретінде формула айтылады «Барлық жануарларды жақсы көретін адам, өз кезегінде оны жақсы көреді» CNF-ге айналады (және кейіннен) тармақ соңғы жолға) келесі жолмен салыңыз (ауыстыру ережесін бөлектеңіз редекстер жылы ):
| 1.1 бойынша | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1.1 бойынша | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1.2 бойынша | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1.2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1.2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3.1 бойынша | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3.1 бойынша | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3.2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4-ке | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 5-ке | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (тармақ өкілдік) |
Бейресми түрде сколем функциясы адамға қолғабыс ету деп ойлауға болады сүйеді, ал жануарды береді (егер бар болса) сүймейді. Төмендегі 3-ші соңғы жол келесідей оқылады " жануарды жақсы көрмейді , немесе басқа сүйеді ".
Жоғарыдан 2-ші соңғы жол, , бұл CNF.
Ескертулер
- ^ а б Жасанды интеллект: қазіргі заманғы тәсіл Мұрағатталды 2017-08-31 Wayback Machine [1995 ...] Рассел мен Норвиг
- ^ Цейтин (1968)
- ^ Джексон мен Шеридан (2004)
- ^ өйткені CNF-ті қанағаттанарлыққа тексерудің бір әдісі - оны түрлендіру DNF, оның қанағаттанушылығын тексеруге болады сызықтық уақыт
Сондай-ақ қараңыз
Әдебиеттер тізімі
- Дж.Элдон Уайтситт (24 мамыр 2012). Буль алгебрасы және оның қолданылуы. Courier Corporation. ISBN 978-0-486-15816-7.
- Ханс Клейн Бюнинг; Теодор Леттманн (28 тамыз 1999). Ұсыныс логикасы: дедукция және алгоритмдер. Кембридж университетінің баспасы. ISBN 978-0-521-63017-7.
- Пол Джексон, Даниэль Шеридан: Логикалық тізбектерге арналған түрлендірулер. Хольгер Х. Хоос, Дэвид Г. Митчелл (Ред.): Қанықтылықты тестілеудің теориясы мен қолданылуы, 7 Халықаралық конференция, SAT 2004, Ванкувер, BC, Канада, 2004 ж. 10-13 мамыр, қайта қаралған таңдамалы мақалалар. Информатикадағы дәрістер 3542, Springer 2005, 183–198 бб
- Г.С. Цейтин: Пропозициялық есептеудегі туындының күрделілігі туралы. С: Слисенко, А.О. (ред.) Конструктивті математика және математикалық логика құрылымдары, II бөлім, математикадан семинарлар (орыс тілінен аударылған), 115-125 бб. Стеклов атындағы математикалық институт (1968)