ОСНОВЫ
МАТЕМАТИЧЕСКОЙ
ЛОГИКИ

Основные понятия

Логика — это наука, изучающая формы и законы мышления, закономерности мыслительного процесса.

Как самостоятельная наука, логика оформилась в трудах греческого философа Аристотеля (384 – 322 гг. до н.э.). Он систематизировал известные до него сведения, и эта система стала впоследствии называться традиционной или Аристотелевой логикой. Аппарат логики Аристотеля оказался настолько мощным, что, например, на его основе средневековый философ и богослов Фома Аквинский (1225 – 1274) осуществил обоснование всей христианской теологии.

Широкое применение теория логического вывода - силлогистика - нашла в судебной практике. Традиционная логика просуществовала без серьезных изменений более двадцати столетий.

В XIX в.— начале XX в. в логике произошла смена основных взглядов на научную картину мира и на смену традиционной логике пришла современная логика, называемая также математической или символической логикой. Развитие математики выявило недостаточность Аристотелевой логики и поставило задачу о ее дальнейшем построении на математической основе. Революция в логике связана с таким понятием, как парадокс —ситуация, которая может быть в реальносПроблему, предложенную британским логиком и математиком Филиппом Журденом в начале XX-го века, можно считать одной из разновидностей знаменитого парадокса лжеца.

Представьте себе — вы держите в руках открытку, на которой написано: «Утверждение на обратной стороне открытки истинно». Перевернув открытку, вы обнаруживаете фразу «Утверждение на другой стороне ложно». Как вы понимаете, противоречие налицо: если первое утверждение правдиво, то второе тоже соответствует действительности, но в таком случае первое должно оказаться ложным. Если же первая сторона открытки лжива, то фразу на второй также нельзя считать истинной, а это значит, первое утверждение опять-таки становится правдой… Решение - нужно свернуть карточку в ленту Мёбиуса.

Впервые в истории идеи о таком построении логики были высказаны немецким математиком Готфридом Лейбницем (1646 — 1716) в конце XVII века. Он считал, что основные понятия логики должны быть обозначены символами, которые соединяются по определенным правилам, и это позволяет всякие рассуждения заменить вычислением. Джордж Буль (1815 - 1864) в своей работе «Исследование законов мысли» (1854 г.) истолковывал умозаключения как результат решения логических равенств, в результате чего логическая теория приняла вид обычной алгебры и получила название алгебры высказываний. Буль рассматривал свою алгебру как инструмент изучения законов человеческого мышления.

Аристотель	Г.Лейбниц	Дж.Буль	А.Тарский	Д.Гильберт
Г. Фрёге	Б.Рассел	Дж.Пеано	А.Уайтхед	К.Гедель

Введение символических обозначений в логику имело для этой науки такое же решающее значение, как и введение буквенных обозначений для математики. Именно благодаря введению символов в логику была получена основа для создания новой науки — математической логики. Предметом математической логики служат рассуждения, при изучении которых она пользуется математическими методами.

При этом на первых порах развитие математической логики позволило представить логические теории в новой удобной форме и применить вычислительный аппарат к решению задач, малодоступных человеческому мышлению, что, конечно, расширило область логических исследований. Однако главное назначение математической логики определилось в конце XIX века, когда стала ясна необходимость обоснования понятий и идей самой математики. Эти задачи имели логическую природу и, естественно, привели к дальнейшему развитию математической логики.

В этом отношении показательны работы немецкого математика Готлоба Фрёге (1848 -1925) и итальянского математика Джузеппе Пеано (1858 - 1932), которые применили математическую логику для обоснования арифметики и теории множеств. В развитие логики значительный вклад внесли Бертран Рассел (1872 – 1970), А. Уайтхед (1861 – 1947), Д. Гильберт (1862 – 1943), К. Гёдель (1906 – 1978), А. Тарский (1901 – 1983) и др.

В первой половине XX в. стали складываться многозначная логика, предполагающая, что утверждение может быть не только истинным или ложным, но иметь и другие значения истинности; деонтическая логика, изучающая логические связи нормативных высказываний; модальная логика, рассматривающая понятия необходимости, возможности, случайности и т.п.; эпистемическая логика, изучающая такие понятия, как опровержимо, неразрешимо, доказуемо, убежден и т.п., паранепротиворечивая логика, парафальсифицирующая логика и др. Все эти новые разделы логики были связаны с естественными и гуманитарными науками. Перемены, происшедшие с логикой в ХХ в., приблизили ее к непосредственному человеческому мышлению, к практической деятельности человека.

Математическая логика в сущности является формальной логикой, которая использует математические методы. Формальная логика изучает акты мышления (понятия, суждения, умозаключения, доказательства) с точки зрения их формы, логической структуры, абстрагируясь от конкретного содержания.

Форма?льная логика — наука о правилах преобразования высказываний, сохраняющих их истинностное значение безотносительно к содержанию входящих в эти высказывания понятий, а также конструирование этих правил. Будучи основателем формальной логики как науки, Аристотель называл её, «аналитика», термин же «логика» прочно вошёл в обиход уже после его смерти в III веке до нашей эры[1].

Формальная логика, в отличие от неформальной, организована как формальная система, обладающая высоким уровнем абстракции и чётко определёнными правилами [2]. Формальная логика занимается выводом нового знания на основе ранее известного без обращения в каждом конкретном случае к опыту, а применением законов и правил мышления. Начальной ступенью формальной логики можно считать традиционную логику, а её следующей ступенью — математическую логику, использующей формализацию, подобную математической, символический аппарат и логические исчисления[3].

Сфера применения математической логики очень широка. С каждым годом растет глубокое проникновение идей и методов математической логики в информатику, вычислительную математику, лингвистику, философию. Мощным импульсом для развития и расширения области применения математической логики стало появление цифровой электроники, в том числе и ЭВМ. Оказалось, что в рамках математической логики уже есть готовый аппарат для проектирования вычислительной техники, электронных устройств.

В середине XX века развитие вычислительной техники привело к появлению логических элементов, логических блоков и устройств вычислительной техники, что было связано с дополнительной разработкой таких областей логики, как проблемы логического синтеза, логическое проектирование и логического моделирования логических устройств и средств вычислительной техники.

В 80-х годах XX века начались исследования в области искусственного интеллекта на базе языков и систем логического программирования. Началось и создание экспертных систем с использованием и развитием автоматического доказательства теорем, а также методов доказательного программирования для верификации алгоритмов и программ для ЭВМ.

В 80-е годы появление персональных компьютеров привело к необходимости изучения в средних щколах элементов математической логики для объяснения логических принципов работы логических схем и устройств вычислительной техники, а также принципов логического программирования.

Методы и понятия математической логики является основой, ядром интеллектуальных информационных систем. Средства математической логики стали эффективным рабочим инструментом для специалистов многих отраслей науки и техники.

Основные понятия формальной логики

Основными формами мышления являются понятие, высказывание (суждение) и умозаключение. Понятиe — это форма мышления, отражающая наиболее существенные признаки предмета, отличающие его от других предметов. Высказывание — это форма мышления, выраженная с помощью понятий, посредством которой что-либо утверждают или отрицают о предметах, их свойствах и отношениях между ними. Высказывание может быть либо истинным, либо ложным.

Высказывание называется простым, если никакая его часть сама не является высказыванием, и составным, если оно состоит из простых высказываний. Обоснование истинности или ложности простых высказываний решается вне рамок логики.

Высказывания могут быть выражены повествовательным предложением на естественном языке, но также могут быть записаны языком символической логики.

Вывод (лат. conclusio) в логике — процесс рассуждения, в ходе которого осуществляется переход от некоторых исходных суждений (предпосылок) к новым суждениям — заключениям.

Правила преобразования исходной системы предпосылок в систему заключений называются правилами вывода или правилами проведения умозаключений. Если вид посылок и заключений указан явно, то вывод называется прямым. Если в посылках и заключении указаны лишь виды выводов, от одного из которых разрешается переходить к другому, то вывод называют косвенным.

Понятие вывода используется во многих формальных системах: в логике, математике, информатике, логическом программировании и др. В математической логике правила логического вывода задаются в исчислении высказываний либо исчислении предикатов.

Предикат — это то, что утверждается о субъекте. Субъектом высказывания называется то, о чём делается утверждение. Более подробно о предикатах - в разделе задачи.

Предикат в программировании — функция, принимающая один или более аргументов и возвращающая значения булева типа, т.е. "True", "False".

В информатике вывод умозаключений проводится с использованием правил, принципов и законов логического вывода на основе заданных фактов и правил с использованием методов и средств логического программирования.

В информатике для описания фактов и правил логического вывода, а также баз знаний и моделей экспертных систем широко используется язык логического программирования Пролог.

Умозаключения различают по направлению логического следования:

• Дедуктивные (от общего к частному).
• Индуктивные (от частного к общему).
• Трансдуктивные (по аналогии — от одной степени общности к такой же степени общности).

По достоверности вывода умозаключения делят на достоверные и правдоподобные

В основе предмета логики лежат три принципа:

• Принцип тождества: если высказывание истинно, то оно истинно.
• Принцип исключенного третьего: высказывание либо истинно, либо ложно.
• Принцип противоречия: высказывание не может быть одновременно истинным и ложным.
• Принцип достаточного основания

Четвертый из основных законов формальной или классической логики был сформулирован по прошествии значительного периода времени после обоснования Аристотелем первых трех. Его автор – видный немецкий ученый – Готфрид Вильгельм Лейбниц. В своей работе о простых субстанциях («Монадология», 1714 г.) он писал: «…ни одно явление не может оказаться истинным или действительным, ни одно утверждение справедливым, – без достаточного основания, почему именно дело обстоит так, а не иначе, хотя эти основания в большинстве случаев вовсе не могут быть нам известны».

Современное определение закона Лейбница основано на понимании, что всякое положение для того, чтобы считаться вполне достоверным, должно быть доказанным; должны быть известны достаточные основания, в силу которых оно считается истинным.