3 декабря 2018 г. | Автор: Назгуль Адилбекова
Алгебра логики

Все знают, что такое умножение и сложение. Также все знают, что такое повествовательное предложение. Но не каждый знает, что повествовательные предложения можно умножать, складывать и производить с ними другие операции. и этим занимается наука, которая называется алгебра высказываний или алгебра логики. зачем нам всё это? — спросите вы. а за тем, что алгебра логики — это язык, на котором мыслят и работают компьютеры!

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №15. Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Начнём с того, что вспомним определение повествовательного предложения. В алгебре высказываний повествовательные предложения — это основные понятия, и называются они ­логические ­высказывания. В обычной жизни в повествовательном предложении нас интересует его смысл и содержание (например, что яблоко красное, а не зелёное), а в алгебре высказываний эти предложения рассматриваются только с точки зрения их истинности или ложности (действительно ли яблоко красное). Но обо всём по порядку.

​Что такое логическое высказывание?

Как мы уже говорили, любое логическое высказывание — это повествовательное предложение, про которое можно сказать истинно оно или ложно, но оно не может быть одновременно истинным и ложным. Как правило, любое логическое высказывание описывает свойства или состояние объекта (Лето было дождливым. Я был рад встретить старого друга.) или утверждает что-то об отношениях между объектами (Лев крупнее тигра. Тимур и Руслан — друзья). Логические высказывания (далее просто высказывания) обычно обозначаются латинскими буквами A, B, C и т. д. Если высказывание истинно, то его значение равно 1, если ложно — оно равно 0 (нулю).

Пример 1

Найти значения следующих высказываний:

  • A = «Париж — столица Франции»
  • B = «2+3 = 2*3»
  • С = «Луна вращается вокруг Земли»

Высказывания A и C являются истинными, высказывание B — ложным, то есть: A = 1, B = 0, C = 1.

Пример 2

Какие предложения являются высказываниями?

  • Давай, убери свою комнату.
  • Приходи сегодня на стадион играть в футбол.
  • Зачем ты выкинула эту игрушку?
  • Где находится школа?

В отношении этих предложений невозможно сказать, истинны они или ложны.

Не являются высказываниями повелительные и вопросительные предложения, потому что они не обладают свойством быть истинным или ложным.

Пример 3

Являются ли высказываниями следующие предложения?

  • 2x + 8 > 20.
  • Завтра я сдам экзамен по математике на «отлично»!
  • Черепахи не летают, потому что холодильник закрыт.
  • Я — сладкоежка, значит я люблю кататься на лыжах.

Являются ли они высказываниями? На первый взгляд — да. Но невозможно определить, истинны они или ложны. Чтобы понять истинно или ложно первое высказывание, необходимы дополнительные сведения. Вот если бы было написано так: «2х+8>20, при х > 6», то это было бы логическим высказыванием. О втором высказывании также нельзя сказать, истинно оно или ложно, потому что оно неопределённо и зависит от воли случая. Можно хорошо подготовиться, но если попадётся сложный билет или будет строгий экзаменатор, то можно получить и «тройку». А можно выучить только один билет, и, если тебе повезёт — попадётся именно он, тогда ты получишь «пятёрку». Ну а высказывания под номерами 3 и 4 — вообще бессмысленны, что также не позволяет назвать их логическими высказываниями. Логическими высказываниями также не могут быть бессмысленные предложения, а также высказывания, в которых присутствует неопределённость или недостаток информации.

Логические высказывания бывают простыми и сложными. Высказывание называется простым (элементарным), если оно является неделимым и никакая его часть сама не является высказыванием.

Пример 4

Даны два простых неделимых высказывания:

  • Отец старше сына
  • Отец младше деда

Эти два высказывания можно объединить в одно: «Отец старше сына, но младше деда». Получилось сложное высказывание.

Сложным (составным) называется высказывание, составленное из простых высказываний.

​Операции над высказываниями

Теперь рассмотрим операции, которые можно проводить с высказываниями.

Операция 1. Инверсия

Инверсия (логическое отрицание) образуется из высказывания с помощью добавления частицы «НЕ» (или использования оборота речи «НЕВЕРНО, ЧТО…»)

Обозначение: Ā (или ¬А)

Инверсия высказывания истинна, когда высказывание ложно, и ложна, когда высказывание истинно.

Пример

Дано высказывание  А = Я вчера катался на велосипеде.

Тогда его инверсия B = Я вчера не катался на велосипеде.

Если А=0 (ложно, т.е. вы лукавите, когда говорите, что катались на велосипеде), тогда Ā=1 (истинно, и вы действительно не катались на велосипеде).

Если А=1 (истинно, т.е. вы действительно катались на велосипеде), тогда Ā=0 (ложно, т.е. вы говорите неправду).

Операция 2. Конъюнкция

Конъюнкция (логическое умножение) — это объединение двух (или нескольких) высказываний в одно с помощью союза «И» (а также союзов «А», «НО»)

Обозначение: А×В (или А^В)

Сложное высказывание, образованное в результате конъюнкции, истинно тогда и только тогда, когда истинны все входящие в него простые высказывания.

Пример

Даны два простых высказывания:  А = Я вчера катался на велосипеде, В = Я вчера ел шоколадный торт

Тогда, в результате конъюнкции этих высказываний, получим новое высказывание А*В = Я вчера катался на велосипеде и ел шоколадный торт.

В каких случаях это высказывание истинно?

  1. Очевидно, что, если высказывания А и В истинны, то и высказывание А*В истинно.
  2. Если же вы катались на велосипеде (А=1) и ели медовый торт (В=0), тогда А*В — ложно.
  3. Если вы все-таки ели шоколадный торт, но катались на снегоходе, тогда А*В опять ложно.
  4. Если же вы не катались на велосипеде и не ели шоколадный торт (потому что, например, целый день были в горах), то и в этом случае А*В ложно.

Операция 3. Дизъюнкция 

Дизъюнкция (логическое сложение) — это объединение двух (или нескольких) высказываний в одно с помощью союза «ИЛИ» (или союза «ЛИБО».
Обозначение: А + В (или А V В)

Сложное высказывание, образованное в результате дизъюнкции, истинно тогда и только когда, когда истинно хотя бы одно из входящих в него простых высказываний

Пример

Даны два простых высказывания: А = В субботу я хочу покататься на велосипеде, В = В субботу я хочу поиграть с друзьями в футбол.

Тогда, в результате дизъюнкции этих высказываний, получим новое высказывание А+В = Я хочу покататься на велосипеде или поиграть с друзьями в футбол.

В каких случаях можно будет считать, что ваши планы на субботу осуществились? Итак, ваш день может пойти по четырем разным сценариям:

  • Вы покатались на велосипеде (А=1) и успели поиграть с друзьями в футбол (В=1). В этом случае А+В=1, и можно считать, что день удался.
  • Вы покатались на велосипеде (А=1) и сыграли с друзьями в лото или вообще не смогли с ними встретиться (В=0). Тогда А+В=1, что тоже вас устраивает.
  • У вас нет велосипеда или он сломался (А=0), но с друзьями вы все-таки сыграли в футбол (В=1). Тогда А+В=1, что также для вас неплохо.
  • И только, если вам не удалось ни прокатится с ветерком на велосипеде (А=0), ни сыграть в свой любимый футбол (В=0), тогда А+В=0. День для вас прошел впустую.

Операция 4. Импликация  

Импликация (логическое следование) — это объединение двух высказываний в одно с помощью оборота речи «если.., то…» Здесь высказывание, расположенное после слова «если», называется условием, а высказывание, расположенное после слова «то», называется следствием.

Обозначение: А =>В (или А->В). Означает, что из А следует В.

Сложное высказывание, образованное в результате импликации, ложно тогда и только тогда, когда условие (первое высказывание) истинно, а следствие (второе высказывание) ложно и истинно во всех остальных случаях.

Пример

Даны два простых высказывания: А = Папа починит велосипедВ = Я буду кататься на велосипеде

Тогда, в результате импликации этих высказываний, получим новое высказывание A=>B = Если папа починит велосипед, то я смогу на нем кататься.

В каких случаях это высказывание истинно?

  • Однозначно, что если папа починит велосипед (А = 1), то вы сможете на нем покататься (В = 1). Следовательно, A=>B = 1 (истинно).
  • А можете и не кататься (расхотели). Тогда В=0, и A=>B =1.
  • Очевидно и то, что, если папа не починит велосипед (А = 0), то вы никак не сможете на нем покататься (В=0). В этом случае A=>B=1 (истинно).
  • При этом не может быть, что если папа не починит велосипед (А = 0), то вы сможете на нем покататься (В=1). В этом случае A=>B = 0 (ложно).

Операция 5. Эквиваленция 

Эквиваленция (логическое равенство) — это объединение двух высказываний в одно с помощью оборота речи «тогда и только тогда, когда».
Обозначение: А <=>В. Означает, что А равносильно В.

Сложное высказывание, образованное в результате эквиваленции истинно тогда и только тогда, когда оба исходных высказывания одновременно истинны или одновременно ложны.

Пример

Даны два простых высказывания: А = Я буду кататься на велосипеде, В = Я сделаю уроки.
Тогда, в результате эквиваленции этих высказываний, получим новое высказывание А<=>В = Мама сказала, что я буду кататься на велосипеде тогда и только тогда, когда сделаю уроки.
Говоря так, мама подразумевает, что: либо произойдет и то и другое (А = 1, В = 1, А <=>В = 1), либо ни того, ни другого не будет (А = 0, В = 0, А <=>В = 1).
Других вариантов мама не предлагает. Не верите? Попробуйте сформулировать высказывание А <=>В таким образом, чтобы А =1 и В = 0 (в этом случае оно не устроит маму) или А = 0 и В = 1 (в этом случае оно не устроит вас).