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Lógica Lógicas Clássicas Lógicas Não-Clássicas
Prof. Dr. Jorge M. Barreto - UFSC-INE
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Súmula

• Introdução e Histórico
• Lógicas Clássicas
• Cálculo das Proposições
• Cálculo dos Predicados
• Sintaxe
• Semântica
• Regras de Inferência
• Árvore de Refutação
• Prova Automática de Teoremas
• Lógicas Não-Clássicas
• Lógica Modal, Lógicas Multivalores, Lógica
  Temporal

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Introdução e Histórico

• Introdução
• É dificil dar uma definição precisa de Lógica.
• Logic is the systematic study of the structure
  of propositions and of the general conditions of
  valid inference by a method which abstracts from
  the content or matter of the propositions and
  deals only with their logical form Encyclopaedia
  Brittanica
• Importância como teoria matemática.
• Adequada como método de representação de
  conhecimento.
• É SISTEMA FORMAL SIMPLES QUE APRESENTA UMA
  TEORIA SEMÂNTICA INTERESSANTE DO PONTO DE VISTA
  DA REPRESENTAÇÃO DO CONHECIMENTO.
• Ainda hoje grande parte da pesquisa em IA está
  ligada direta ou indiretamente à Lógica.

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Introdução e Histórico

• Histórico
• Longa história de mais de 23 séculos.
• Aristóteles, na Grécia Antiga, sistematizou e
  codificou os fundamentos da lógica. Silogismo é
  um discurso no qual, tendo-se afirmado algumas
  coisas, algo além destas coisas se tornam
  necessariamente verdade. Aristóteles, Primeira
  Analítica, Livro I, 24a
• Em 1847, George Boole propôs uma linguagem formal
  que permite a realização de inferências.
• Lógica Moderna ( 1879), Gottlob Frege publicou a
  1a. versão do Cálculo de Predicados.
• Russel e o Positivismo - Lógica como base para
  todas as outras ciências.
• David Hilbert, Guiseppe Peano, Georg Cantor,
  Ernst Zermelo, Leopold Lowenheim e Thoralf Skolem.

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Introdução e Histórico

• Histórico
• Um sistema lógico como sistema formal, consiste
  em um conjunto de fórmulas e um conjunto de
  regras de inferência.
• As fórmulas são sentenças pertencentes a uma
  linguagem formal cuja sintaxe é dada.
• A parte de lógica que estuda os valores de
  verdade é chamada teoria de modelos.
• Uma regra de inferência é uma regra sintática que
  quando aplicada repetidamente a uma ou mais
  fórmulas verdadeiras gera apenas novas fórmulas
  verdadeiras.
• A seqüência de fórmulas geradas através da
  aplicação de regras de inferência sobre um
  conjunto de inicial de fórmulas é chamada de
  prova.
• A parte de lógica que estuda as provas é chamada
  teoria de provas.

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Introdução e Histórico

• Histórico
• Gödel e Herbrand na década de 30 mostraram que
  toda e qualquer fórmula verdadeira pode ser
  provada.
• Church e Turing em 1936 mostraram que não existe
  um método geral capaz de decidir, em um número
  finito de passos, se uma fórmula é verdadeira.
• Um dos primeiros aplicações da Lógica foi a Prova
  Automática de Teoremas, a partir da segunda
  metade da década de 60.
• A partir de Kowalsky (1973) lógica passou a ser
  estudada com método computacional para a solução
  de problemas.
• O método explora o fato de expressões lógicas
  poderem ser colocadas em formas canônicas (apenas
  com operadores e, ou e não).

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Introdução e Histórico

• Histórico
• Teoria da Resolução de Robinson - 1965.
  Transforma a expressão a ser provada para a forma
  normal conjuntiva ou forma clausal. Existe uma
  regra de inferência única, chamada regra da
  resolução. Utiliza um algoritmo de casamento de
  padrões chamado algoritmo de unificação.
• Base para a Linguagem Prolog.
• Recentemente Lógicas Não-Padrão ou Não-Clássicas
  tem sido cada vez mais utilizadas, não somente em
  IA. Ex Lógica Temporal tem sido utilizada em
  estudos de programas concorrentes.
• Em IA estas lógicas vem sendo usadas para
  tratamento de imprecisão, informações incompletas
  e evolução com o tempo em que evolui o problema
  tratado por IA.

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Lógicas Clássicas

• Cálculo das Proposições
• O Cálculo das Proposições se interessa pelas
  SENTENÇAS DECLARATIVAS, as PROPOSIÇÕES, que podem
  ser Verdadeiras ou Falsas.
• No âmbito da IA, a lógica permite a representação
  de conhecimento e o processo de raciocínio para
  um sistema inteligente.
• Como uma linguagem para representação de
  conhecimento no computador, ela deve ser definida
  em dois aspectos, A SINTAXE e a SEMÂNTICA.
• A SINTAXE de uma linguagem descreve as possíveis
  configurações que podem constituir sentenças.
• A SEMÂNTICA determina os fatos do mundo aos quais
  as senteças se referem., ou seja, ou sistema
  acredita na sentença correspondente.

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Lógicas das Proposições

• Sintaxe das Proposições
• ltfórmulagt ltfórmula-atômicagt
  ltfórmula-complexagt
• ltfórmula-atômicagt Verdadeiro Falso P Q
• R ...
• ltfórmula-complexagt (ltfórmulagt)
• ltfórmulagt ltconectivogt ltfórmula gt
• ? ltfórmulagt
• ltconectivogt ? ? ? ?
• Hoje é segunda ou terça-feira.
• Hoje não é terça-feira.
• Logo, Hoje é segunda-feira.
• S V T, ? T ? S

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Cálculo das Proposições

• Semântica do Cálculo das Proposições
• A semântica é definida especificando a
  interpretação dos símbolos da proposição e
  especificando o significado dos conectivos
  lógicos.
• Uma fórmula tem uma interpretação a qual define a
  semântica da linguagem. A interpretação pode ser
  considerada um mapeamento do conjunto das
  fórmulas para um conjunto de valores de verdade,
  que na Lógica dicotômica é o conjunto
  verdadeiro,falso ou V,F.

P
Q
? P
P ? Q
P V Q
P ? Q
P ? Q
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Cálculo das Proposições

• Tabelas Verdade
• Elas fornecem um teste rigoroso e completo para a
  validade ou invalidade de formas de argumento do
  cealculo das proposições. Quando existe um
  algoritmo que determina se as formas de argumento
  expressáveis em um sistema formal são válidas ou
  não, esse sistema é dito DECIDÍVEL. Desta forma,
  elas garantem a decidibilidade da lógica
  proposicional.
• Uma forma de argumento é válida sss todas as suas
  instâncias são válidas.
• Uma instância de argumento é válido se sua
  conclusão for verdade se suas premissas o forem.
• Se a forma for válida, então qualquer instância
  dela sera igualmente válida. Assim a
  Tabela-Verdade serve para estabelecer a validade
  de argumentos específicos.

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Cálculo das Proposições

• Tabelas Verdade para Formas de Argumento
• Tabelas-Verdade podem ser usadas, não apenas para
  definir a semântica do conectivos, mas também
  para testar a validade de sentenças.
• Exemplo
• A Rainha ou a Princesa comparecerá à cerimônia.
• A Princesa não comparecerá.
• Logo, a Rainha comparecerá.
• R ? P, ? P ? R

P ? R
P
R
? P
R
V
V
F
V
V
V
F
F
V
F
F
V
V
V
V
V
F
F
F
F
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Cálculo das Proposições

• Regras de Inferência
• Sejam as fórmulas f1, f2, ..., fn (n?1) e C.
  Então, toda seqüência finita de fórmulas,
  consequencia de regras de inferência tem como
  conseqüência final C, chama-se PROVA.
• Um ARGUMENTO é uma seqüência de enunciados no
  qual um deles é a CONCLUSÃO e os demais são as
  PREMISSAS que servem para provar ou, pelo menos,
  fornecer algumas evidências para a conclusão.
• Evita o trabalho tedioso de ficar construindo
  Tabelas-Verdade.
• ? - ? significa que ? pode ser derivado de ?
  através do processo de inferência, onde ? e ? são
  fórmulas bem formadas.

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Cálculo das Proposições

• Regras de Inferência
• REGRAS BÁSICAS

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Cálculo das Proposições
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Lógicas das Proposições
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Cálculo das Proposições
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Cálculo das Proposições
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Cálculo das Proposições
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Cálculo das Proposições
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Cálculo das Proposições
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Cálculo das Proposições

• Regras de Inferência
• REGRAS DERIVADAS

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Cálculo das Proposições
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Cálculo das Proposições
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Cálculo das Proposições
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Cálculo das Proposições

• Regras de Inferência, Exemplos
• Se há jogo na Ressacada, então viajar de avião é
  difícil.
• Se eles chegarem no horário no aeroporto, então
  a viagem de avião não será difícil.
• Eles, chegaram no horário.
• Logo, não houve jogo na Ressacada.

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Cálculo das Proposições

• Equivalência
• É um bicondicional que é um teorema.

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Cálculo das Proposições

• Árvores de Refutação
• São uma outra maneira de garantir a
  decidibilidade da Lógica Proposicional.
• REGRAS PARA ÁRVORE DE REFUTAÇÃO
• 1. Inicia-se colocando-se as PREMISSAS e a
  NEGAÇÃO DA CONCLUSÃO.
• 2. Aplica-se repetidamente uma das regras a
  seguir
• 2.1. Negação (?) Se um ramo aberto contém uma
  fórmula e sua negação, coloca-se um X no final
  do ramo, de modo a representar um ramo fechado.
• (um ramo termina se ele se fecha ou se as
  fórmulas que ele contém são apenas
  fórmulas-atômicas ou suas negações, tal que mais
  nehuma regra se aplica às suas fórmulas. Desta
  forma tem-se um ramo fechado, que é indicado por
  um X, enquanto o ramo aberto não é representado
  por um X.)

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Cálculo das Proposições

• Árvores de Refutação
• 2.2. Negação Negada (? ?) Se um ramo aberto
  contém uma fórmula não ticada da forma ? ? Ø,
  tica-se ? ? Ø e escreve-se Ø no final de cada
  ramo aberto que contém ? ? Ø ticada.
• 2.3. Conjunção (?) Se um ramo aberto contém uma
  fórmula não ticada da forma Ø ? ß, tica-se, Ø?ß e
  escreve-se Ø e ß no final de cada ramo aberto
  que contém Ø ? ß ticada.

A árvore de refutação está COMPLETA, isto é, com
todos os ramos fechados, logo, a busca de uma
refutação para o argumento de negar a conclusão
falhou, pois só encontrou contradições, e
portanto, a FORMA É VÁLIDA.
1. P ? Q 2. ? ? ? P 3. P 1 ? 4. Q 1 ? 5. ? P 2
? ? 6. X 3 ?
P ? Q
? ? P
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Cálculo das Proposições

• Árvores de Refutação
• 2.4. Conjunção Negada (? ?) Se um ramo aberto
  contém uma fórmula não ticada da forma ? (Ø?ß),
  tica-se, ? (Ø?ß) e BIFURCA-SE o o final de cada
  ramo aberto que contém ? (Ø ? ß) ticada, no final
  do primeiro ramo se esreve ? Ø e no final do
  segundo ramo se escreve ? ß.

? (P ? Q)
? P ? ? Q
1. ? (P ? Q) 2. ? (? P ? ? Q)
?
?
3. ? P (1 ? ?) ? Q (1 ? ?)
4. ? ? P (2 ? ?) ?? ? Q (2 ? ?) ?? ? P (2
? ?) ? ? Q (2 ? ?) 5. X (3,4 ?)
Q (4? ?) P (4? ?) X
(3,4 ?)
O exemplo acima nos mostra que há dois ramos
abertos, conseqüentemente a fórmula é inválida, o
que significa que estes ramos são contra-exemplos.
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Cálculo das Proposições

• Árvores de Refutação
• 2.5. Disjunção (v) Se um ramo aberto contém uma
  fórmula não ticada da forma Øvß, tica-se, Øvß e
  BIFURCA-SE o o final de cada ramo aberto que
  contém Ø v ß ticada, no final do primeiro ramo se
  esreve Ø e no final do segundo ramo se escreve ß.

? Q
P v Q, P
1. P v Q 2. P 3.
? ? Q 4.
Q (3 ? ?)
?
?
5. P (1 v) Q (1 v)
O exemplo acima nos mostra que há dois ramos
abertos, conseqüentemente a fórmula é inválida, o
que significa que estes ramos são contra-exemplos.
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Cálculo das Proposições

• Árvores de Refutação
• 2.6. Condicional (?) Se um ramo aberto contém
  uma fórmula não ticada da forma Ø ? ß, tica-se, Ø
  ? ß e BIFURCA-SE o o final de cada ramo aberto
  que contém Ø? ß ticada, no final do primeiro ramo
  se esreve ? Ø e no final do segundo ramo se
  escreve ß.

P ? Q, Q ? R, P
R
1. P ? Q 2. Q ? R 3.
P 4. ? R
Como a árvore completa está fechada, a
refutaçao enpreendida falha e a forma é válida.
?
?
5. ? P (1 ? ) Q (1
v) 6. X (3,5 ? ) 7. ? Q (2 ? )
? R (2 ? ) 8. X (5,7 ? ) X (4,7
? )
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Cálculo das Proposições

• Árvores de Refutação
• 2.7. Disjunção Negada (? v) Se um ramo aberto
  contém uma fórmula não ticada da forma ? (Øvß),
  tica-se, ? (Øvß) e ESCREVE-SE ? Ø e ? ß no final
  de cada ramo aberto que contém ? (Øvß) ticada.

P v Q
P ? Q
1. P ? Q 2. ? (P v Q) 3.
? P (2 ? v) 4.
? Q (2 ? v)
?
?
5. ? P (1 ? ) Q (1 ?
) 6. X (4,5 ? )
O ramo aberto indica que a forma é inválida
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Cálculo das Proposições

• Árvores de Refutação
• 2.8. Condicional Negado (? ?) Se um ramo aberto
  contém uma fórmula não ticada da forma ?(Ø?ß),
  tica-se, ? (Ø ? ß) e ESCREVE-SE Ø e ? ß no final
  de cada ramo aberto que contém ? (Ø?ß) ticada.

? P ? ? Q
P ? Q
1. ? P ? Q 2. ? (P
? Q) 3.
P (2 ? ? ) 4. ? Q (2 ? ? )
?
?
5. ? ? ? P (1 ? ) ?
Q (1 ? ) 6. P (5 ? ? )
Os ramos abertos indica que a forma é inválida
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Cálculo das Proposições

• Árvores de Refutação
• 2.9. Bicondicional (?) Se um ramo aberto contém
  uma fórmula não ticada da forma Ø ? ß, tica-se, Ø
  ? ß e BIFURCA-SE o o final de cada ramo aberto
  que contém Ø ? ß ticada, no final do primeiro
  ramo se esreve Ø e ß e no final do segundo ramo
  se escreve ? Ø e ? ß.

? Q
P ? Q, ? P
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Cálculo das Proposições

• Árvores de Refutação
• 2.10. Bicondicional Negado (? ?) Se um ramo
  aberto contém uma fórmula não ticada da forma ?
  (Ø ? ß), tica-se, ? (Ø ? ß) e BIFURCA-SE o o
  final de cada ramo aberto que contém ? (Ø ? ß)
  ticada, no final do primeiro ramo se esreve Ø e
  ?ß e no final do segundo ramo se escreve ? Ø e
  ß.

P, P ? Q
P ? Q
As Tabelas-Verdade garantem a decidibilidade da
lógica proposicional, porém elas são enfadonhas e
ineficazes(NP-COMPLETAS) para um número muito
grande de fórmulas-atômicas. Já as árvores de
refutação fornecem um algoritmo mais eficaz para
executar as mesmas tarefas.
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Pucha! Ainda bem que acabou!