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Tema 2:Metodos de Deduccion

para la Logica Proposicional

Dpto. Ciencias de la Computacion Inteligencia ArtificialUniversidad de Sevilla

Logica y ComputabilidadCurso 2010–11

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.1

Contenido

Formas normalesEquivalenciaSustitucionFormas normales

TablerosFomulas α y βTableros completos

Sistemas deductivos

ResolucionClausulasLa regla de resolucionSaturacionEstrategias de resolucion

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.2

Equivalencia

Dos formulas F1,F2 son equivalentes (F1 ≡ F2) si, para todavaloracion v , v(F1) = v(F2). Es decir, F1 ≡ F2 si F1 y F2 tienenlos mismos modelos.

I F1 ≡ F2 si y solo si F1 |= F2 y F2 |= F1

Ejemplos:

I Cualesquiera dos formulas insatisfactibles son equivalentes.

I Dos tautologıas cualesquiera son equivalentes.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.3

Equivalencias (I)

Sean A, B ∈ PROP. Se tienen las siguientes equivalencias:

I Conmutatividad: A ∨ B ≡ B ∨ A y A ∧ B ≡ B ∧ A

I Asociatividad:

A∨(B∨C ) ≡ (A∨B)∨C y A∧(B∧C ) ≡ (A∧B)∧C

I Distributividad:

A ∧ (B ∨ C ) ≡ (A ∧ B) ∨ (A ∧ C )A ∨ (B ∧ C ) ≡ (A ∨ B) ∧ (A ∨ C )

I Doble negacion: ¬¬A ≡ A

I Leyes de De Morgan:

¬(A ∧ B) ≡ ¬A ∨ ¬B y ¬(A ∨ B) ≡ ¬A ∧ ¬B

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.4

Equivalencias (II)

I Idempotencia: A ∨ A ≡ A y A ∧ A ≡ A

I Absorcion: A ∨ (A ∧ B) ≡ A y A ∧ (A ∨ B) ≡ A

I Leyes de tautologıa: Si A es una tautologıa, entonces

A ∧ B ≡ B y A ∨ B ≡ A

I Leyes de inconsistentes: Si A es insatisfactible, entonces

A ∧ B ≡ A y A ∨ B ≡ B

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.5

Sustitucion

I Dadas A,B ∈ PROP si A es una subformula de B yA′ ∈ PROP, la sustitucion de A por A′ en B es la formulaque se obtiene al cambiar cada aparicion de A en B por A′.Usaremos como notacion para la sustitucion: B{A/A′}.

I Si A no es una subformula de B, por definicion B{A/A′} es B.

Ejemplos: Si B es p → q → r ∨ s entonces:

I B{r ∨ s/p} es p → q → p.

I B{q ∧ r/q} es p → q → r ∨ s.

I B{q → r ∨ s/p ∧ r} es p → p ∧ r .

I B{p → q/p} es p → q → r ∨ s.

Si C es la formula (p → q) ∨ (r → p → q), entonces

I C{p → q/t} es t ∨ (r → t).

I C{p → q/t → p → q} es (t → p → q) ∨ (r → (t → p → q))

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.6

El Teorema de sustitucion

Teorema de Sustitucion. Sean B ∈ PROP y A,A′ ∈ PROP talesque A ≡ A′. Entonces

B{A/A′} ≡ B

I El teorema de sustitucion nos permite manipular“algebraicamente” una formula F para obtener otra formulamas simple y equivalente a F . Este proceso es similar alempleado en la simplificacion de expresiones algebraicas.

I Ejemplo:

B ∨ (A ∧ (A→ B)) ≡ B ∨ (A ∧ (¬A ∨ B))≡ B ∨ (A ∧ ¬A) ∨ (A ∧ B)≡ B ∨ (A ∧ B) ≡ B

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.7

Literales

I Una formula F es un literal si es una variable proposicional ola negacion de una variable proposicional.

I Dos literales, L1 y L2, son complementarios (y decimos queuno es el complementario del otro) si L1 es p y L2 es ¬p.

Lema 1. Sean L1, . . . , Ln literales. Son equivalentes:

1.n∨

i=1

Li es una tautologıa.

2. {L1, . . . , Ln} contiene un par de literales complementarios.

Lema 2. Sean L1, . . . , Ln literales. Son equivalentes:

1.n∧

i=1

Li es inconsistente.

2. {L1, . . . , Ln} contiene un par de literales complementarios.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.8

Formas normales

I Una formula esta en Forma normal conjuntiva (FNC) si esuna conjuncion de disyunciones de literales;

F =n∧

i=1

mi∨j=1

Li ,j

I Una formula esta en Forma normal disjuntiva (FND) si es

una disyuncion de conjunciones de literales;

F =n∨

i=1

mi∧j=1

Li ,j

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.9

Formas normales (II)

Lema:

I Una formula en forma normal conjuntiva es una tautologıasyss cada una de sus disyunciones es una tautologıa.

I Una formula en forma normal disjuntiva es insatisfactible sysscada una de sus conjunciones es insatisfactible.

Teorema.

I Para toda formula G existe F en FNC tal que F ≡ G .

I Para toda formula G existe F en FND tal que F ≡ G .

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.10

Paso a forma normal

Procedimiento para transformar G en FNC:

1. Eliminar todas las implicaciones usando:

A→ B ≡ ¬A ∨ B y A↔ B ≡ (A→ B) ∧ (B → A)

2. Trasladar las negaciones, mediante las leyes de Morgan:

¬(A ∧ B) ≡ ¬A ∨ ¬B y ¬(A ∨ B) ≡ ¬A ∧ ¬B

3. Eliminar negaciones dobles usando ¬¬A ≡ A.

4. Convertir a FNC utilizando la ley distributiva:

A ∨ (B1 ∧ B2) ≡ (A ∨ B1) ∧ (A ∨ B2)

I Para pasar a FND utilizamos la ley distributiva:

A ∧ (B1 ∨ B2) ≡ (A ∧ B1) ∨ (A ∧ B2)

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.11

Ejemplo(¬p ∧ q)→ (q ∨ r)→ p ⇒ ¬(¬p ∧ q) ∨ ((q ∨ r)→ p)

⇒ ¬(¬p ∧ q) ∨ ¬(q ∨ r) ∨ p

⇒ ¬¬p ∨ ¬q ∨ (¬q ∧ ¬r) ∨ p

⇒ p ∨ ¬q ∨ ((¬q ∨ p) ∧ (¬r ∨ p))

⇒ (p ∨ ¬q ∨ ¬q ∨ p) ∧ (p ∨ ¬q ∨ ¬r ∨ p)

⇒ (¬q ∨ p) ∧ (¬q ∨ ¬r ∨ p)

Hemos eliminado literales repetidos en una misma clausula gracias a laequivalencia: A ∨ A ≡ A

(En la FND utilizarıamos la equivalencia A ∧ A ≡ A).

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.12

Algoritmo de satisfactibilidad mediante FND

Entrada: Una formula F .Salida: Satisfactible, si F es satisfactible; Insatisfactible,en caso contrario.

ProcedimientoCalcular una FND de F , FND(F )G = G1 ∨ · · · ∨ Gn ← FND(F )para i = 1 hasta n

si en Gi no ocurren literales complementarios,entonces devolver satisfactible, parar

devolver insatisfactible

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.13

Algoritmo de validez mediante FNC

Entrada: Una formula FSalida: Tautologia, si F es una tautologıa; No-tautologia, encaso contrario.

ProcedimientoCalcular una FNC de F , FNC (F )G = G1 ∧ · · · ∧ Gn ← FNC (F )para i = 1 hasta n

si en Gi no ocurren literales complementarios,entonces devolver No-tautologia; parar

devolver Tautologia

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.14

Ejemplos

I F1 = (p ∧ q)→ (q ∧ r) ∨ p.Su forma normal conjuntiva es

(¬p ∨ ¬q ∨ q ∨ p) ∧ (¬p ∨ ¬q ∨ r ∨ p)

Es tautologıa (y por tanto satisfactible)

I F2 = ¬(p ∨ q) ∨ (p → q).Su forma normal disyuntiva es:

(¬p ∧ ¬q) ∨ ¬p ∨ q

Es satisfactible.

Su forma normal conjuntiva es

(¬p ∨ q) ∧ (¬q ∨ ¬p ∨ q)

No es tautologıa.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.15

Tableros Semanticos

I Gracias a la FND sabemos que la satisfactibilidad de unaformula puede reducirse a la de ciertos conjuntos de literales.

I El metodo de los tableros semanticos organiza de manerasistematica la busqueda de modelos, reduciendo lasatisfactibilidad de las formulas consideradas a la de ciertosconjuntos de literales.

El metodo de tableros semanticos:

1. Clasifica las formulas en dos clases:I Las formulas α, que se comportan como conjuncionesI Las formulas β, que se comportan como disyunciones

2. Asocia a cada formula, F , otras dos formulas mas sencillas(sus componentes) de modo que la satisfactibilidad de F sereduce a la de sus componentes.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.16

Formulas de tipo α

Las formulas de tipo α son las siguientes:

α α1 α2

¬¬F FF1 ∧ F2 F1 F2

¬(F1 ∨ F2) ¬F1 ¬F2

¬(F1 → F2) F1 ¬F2

F1 ↔ F2 F1 → F2 F2 → F1

I Las formulas α1 y α2 son las componentes de α.

I Si F es de tipo α, entonces F ≡ α1 ∧ α2.

I Para satisfacer una formula de tipo α es necesario y suficientesatisfacer simultaneamente sus dos componentes α1 y α2.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.17

Formulas de tipo β

Las formulas de tipo β son las siguientes:

β β1 β2

F1 ∨ F2 F1 F2

¬(F1 ∧ F2) ¬F1 ¬F2

(F1 → F2) ¬F1 F2

¬(F1 ↔ F2) ¬(F1 → F2) ¬(F2 → F1)

I Las formulas β1 y β2 son las componentes de β.

I Si F es de tipo β, entonces F ≡ β1 ∨ β2

I Para satisfacer una formula de tipo β solo es necesario ysuficiente satisfacer una de sus componentes β1 y β2.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.18

Reglas α y β

Reducen la consistencia de un conjunto de formulas U a la de otroconjunto U ′ formado por formulas mas sencillas.

I Regla α: Si F ∈ U es de tipo α, entonces

U consistente ⇐⇒ (U − {F}) ∪ {α1, α2} consistente

I Regla β: Si F ∈ U es de tipo β, entonces

U consistente ⇐⇒

(U − {F}) ∪ {β1} consistente

o

(U − {F}) ∪ {β2} consistente

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.19

Ejemplo

La formula q ∧ p ∧ (p → (q → ¬p)) es insatisfactible:

q ∧ p ∧ (p → (q → ¬p))

q, p ∧ (p → (q → ¬p))

q, p, (p → (q → ¬p))

�����

HHHH

H

q, p, ¬p

×q, p, q → ¬p

���

HHH

q, p, ¬q

×q, p, ¬p

×

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.20

Construccion de un tablero completo

Un tablero para {A1, . . . ,An} es un arbol T , con nodosetiquetados por conjuntos de formulas, tal que:

I La raız r de T esta etiquetado por U(r) = {A1, . . .An}.I Para cada nodo l de T , con etiqueta U(l), no marcado, hacer:

1. Si U(l) es un conjunto de literales, entonces:

1.1 Si existe un par de literales complementarios en U(l), marcarcon × (y se denomina hoja cerrada).

1.2 Si no existe tal par, marcar con © (hoja abierta).

2. Si U(l) no es un conjunto de literales, elegir A de U(l) noliteral.

2.1 Si A es una α–formula, entonces anadir un hijo l ′ de l conU(l ′) = (U(l) \ {A}) ∪ {α1, α2} (α2 puede no existir).

2.2 Si A es una β–formula, entonces anadir dos hijos l ′, l ′′ conetiquetas

U(l ′) = (U(l) \ {A}) ∪ {β1} y U(l ′′) = (U(l) \ {A}) ∪ {β2}

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.21

Propiedades de los tableros

I La construccion siempre termina. El tablero final se denominatablero completo.

I Un tablero T es cerrado si todas sus hojas son cerradas. Enotro caso es abierto.

Correccion y Completitud

Sea S un conjunto de formulas, y T un tablero completo para S.

I Correccion: Si T es cerrado, entonces S es inconsistente.

I Completitud: Si S es inconsistente, entonces T es cerrado.

{A1, . . . ,An} admite un tablero abierto si y solo si es un conjuntoconsistente. Ademas la rama abierta define un modelo: Si U es laetiqueta de la hoja abierta,

v(p) = 1 si p ∈ U o ¬p /∈ U, y v(p) = 0 si ¬p ∈ U.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.22

Ejemplo de consistencia:p ∧ ¬q ∧ (p → ((q ∨ r)→ (p ∧ r)))

p, ¬q ∧ (p → ((q ∨ r)→ (p ∧ r)))

p, ¬q, p → ((q ∨ r)→ (p ∧ r))

�������

HHH

HHH

H

p, ¬q, ¬p

×p, ¬q, (q ∨ r)→ (p ∧ r)

�����

HHHH

H

p, ¬q, ¬(q ∨ r)

p, ¬q, ¬r

©

p, ¬q, p ∧ r

p, ¬q, r

©Induce v(p) = v(r) = 1, v(q) = 0

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.23

Consecuencia logica

{A1, . . .An} |= A⇐⇒ {A1, . . . ,An,¬A} admite un tablero cerrado.

Por ejemplo, {p → q, q ∨ r → s} |= p → s.

p → q, q ∨ r → s, ¬(p → s)

p → q, q ∨ r → s, p, ¬s

���

���

HHH

HHH

¬p, q ∨ r → s p, ¬s

×q, q ∨ r → s, p, ¬s

�����

HHHHH

q, ¬(q ∨ r), p, ¬s

q, ¬q, ¬r , p, ¬s

×

q, s, p, ¬s

×

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.24

Pruebas formales

I Los tableros semanticos proporcionan un algoritmo para ladeduccion basado en este hecho:

{A1, . . . ,An} |= A ⇐⇒ {A1, . . . ,An,¬A} inconsistente

I Un enfoque mas natural del problema basico (PB) se obtienea traves de la nocion de demostracion:

1. Consideramos el conjunto de enunciados, BC, como unconjunto de axiomas (o hipotesis que asumimos como ciertasinicialmente).

2. El enunciado φ sera consecuencia de BC si podemos obteneruna demostracion de φ a partir de BC (de manera similar acomo en matematicas se demuestra un teorema).

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.25

Sistemas deductivos

Un sistema deductivo, T, (o teorıa proposicional) consta de:

I Un conjunto, Ax(T), de formulas proposicionales quellamamos los axiomas de T.

I Reglas de inferencia de la forma:

A1, . . . ,An

A

siendo A1, . . . ,An,A formulas proposicionales. Las formulasA1, . . . ,An se denominan premisas y la formula A conclusion.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.26

Pruebas y teoremas

I Una demostracion en T es una sucesion de formulasproposicionales A1, . . . ,Ak cada una de las cuales es unaxioma de T, o bien, se obtiene a partir de formulas anterioresde la sucesion mediante una regla de inferencia.

I Una formula A es un teorema de T, `T A, si existe unademostracion en T, A1, . . . ,Ak tal que A = Ak . La sucesionA1, . . . ,Ak se denomina una demostracion de A en T.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.27

Ejemplo

I Axiomas de T: {p, q, p ∧ q → (¬s ∨ p → r)}I Reglas de inferencia: (A y B formulas cualesquiera)

I∧ :A, B

A ∧ BI∨ :

A

A ∨ B

C∨ :A ∨ B

B ∨ AMP :

A, A→ B

B

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.28

Ejemplo (bis)

La siguiente sucesion es una demostracion de r en T; luego `T r

1. p [[Hip.]]2. q [[Hip.]]3. p ∧ q [[I∧ aplicada a 1. y 2.]]4. p ∧ q → (¬s ∨ p → r) [[Hip.]]5. ¬s ∨ p → r [[MP aplicada a 3. y 4.]]6. p ∨ ¬s [[I∨ aplicada a 1.]]7. ¬s ∨ p [[C∨ aplicada a 6.]]8. r [[MP aplicada a 7. y 5.]]

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.29

Clausulas

I Una clausula es una disyuncion de literales L1 ∨ · · · ∨ Ln.

I Dada una valoracion v y una clausula L1 ∨ · · · ∨ Ln se tiene:

v |= L1 ∨ · · · ∨ Ln ⇐⇒ Existe i = 1, . . . , n tal que v |= Li

Por tanto, el valor de verdad de L1 ∨ · · · ∨ Ln no depende nidel orden en que aparecen los literales ni de posiblesrepeticiones de literales.

I En consecuencia, identificamos la clausula L1 ∨ · · · ∨ Ln con elconjunto de literales {L1, . . . Ln}.

I Caso especial: la clausula vacıa, correspondiente al conjuntode literales vacıo. La denotamos por �.

I Por definicion, para toda valoracion, v , se tiene v(�) = 0.

I Notacion: El literal complementario de L se denota por Lc .

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.30

Formas clausales

I Para toda formula F ∈ PROP existe un conjunto de clausulas{C1, . . . ,Cn} tal que para toda valoracion, v ,

v |= F ⇐⇒ v |= {C1, . . . ,Cn}

{C1, . . . ,Cn} se denomina una forma clausal de F .

I Podemos obtener una forma clausal a partir de una formanormal conjuntiva.

I La formula en forma normal conjuntiva

(L1,1 ∨ · · · ∨ L1,n1) ∧ · · · ∧ (Lm,1 ∨ · · · ∨ Lm,nm)

se escribe en forma clausal:

{{L1,1, . . . , L1,n1} . . . {Lm,1, · · · , Lm,nm}}

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.31

La regla de resolucion

Generaliza algunas de las reglas de inferencia clasicas:

Modus Ponens :p, p → q

q

{p}, {¬p, q}{q}

Modus Tollens :p → q, ¬q

¬p

{¬p, q}, {¬q}{¬p}

Encadenamiento :p → q, q → r

p → r

{¬p, q}, {¬q, r}{¬p, r}

Reduccion al absurdo :p → q, p → ¬q

¬p

{¬p, q}, {¬p,¬q}{¬p}

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.32

La regla de resolucion

Regla de resolucion:

{L1, . . . , L, . . . , Lm, }, {M1, . . . , Lc , . . . ,Mk}

{L1, . . . , Lm,M1, . . . ,Mk}

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.33

Resolucion entre clausulas

I Si L ∈ C1 y L′ ∈ C2 son literales complementarios, entonces laresolvente de C1 y C2 respecto a L es

resL(C1,C2) = (C1 \ {L}) ∪ (C2 \ {L′})

El conjunto de las resolventes de C1 y C2 es:

Res(C1,C2) = {resL(C1,C2) : L ∈ C1 y Lc ∈ C2}.

I Ejemplos:Sea C1 = {p, q,¬r} y C2 = {¬p, r , s}. Entonces

resp(C1,C2) = {q,¬r , r , s}

res¬r (C1,C2) = {p,¬p, q, s}

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.34

Demostraciones por resolucion

Dado un conjunto de clausulas, S , podemos considerar el sistemadeductivo que tiene a S como conjunto de axiomas y resolucioncomo unica regla de inferencia.

I Una demostracion por resolucion a partir de S es unasucesion de clausulas C1, . . . ,Cn tal que para cadai = 1, . . . , n se verifica:

I Ci ∈ S , o bienI Existen j , k < i tales que Ci ∈ Res(Cj ,Ck).

Si Cn = � diremos que C1, . . . ,Cn es una refutacion de S .

I Una clausula C es demostrable por resolucion a partir de Ssi existe una demostracion a partir de S , C1, . . . ,Cn, tal queCn = C .Notacion: S `r C .

I Decimos que S es refutable si S `r �.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.35

Ejemplos

I Sea S = {{p, q}, {¬p, q}, {p,¬q}, {¬q,¬p, s}}.Veamos que S `r {s}.

1. {p, q} Hipotesis2. {¬p, q} Hipotesis3. {q} Resolvente de 1 y 24. {¬q, p} Hipotesis5. {p} Resolvente de 3 y 46. {¬q,¬p, s} Hipotesis7. {¬q, s} Resolvente de 5 y 68. {s} Resolvente de 7 y 3

I Es habitual presentar las demostraciones por resolucionutilizando un arbol.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.36

Ejemplos (II)

S1 = {{p, q}, {p,¬q}, {¬p, q}, {¬p,¬q}} es refutable;

{p, q}

{q}

{p}

{¬q}

{¬p, q}

{p,¬q}

{¬p,¬q}

���

���

SSS

����

����

Luego S `r �.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.37

Adecuacion y Completitud

I Lema. Sean C1, C2 y C clausulas. Si C es una resolvente deC1 y C2, entonces {C1,C2} |= C .

I Teorema de adecuacion. Sean S un conjunto de clausulas yC una clausula. Entonces

S `r C =⇒ S |= C

I Incompletitud de resolucion:

{{q}} |= {q, r} pero {{q}} 6`r {q, r}

I Teorema de completitud de la refutacion:

S es inconsistente ⇐⇒ S `r �

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.38

Resolucion por saturacion

I Algoritmo de resolucion por saturacion.Entrada: S , un conjunto finito de clausulas.Salida: SI, si S es inconsistente

NO, en caso contrario.

Procedimiento:

1. S ′ ← S2. S ′′ ← S ′ ∪

⋃C1,C2∈S′

Res(C1,C2)

3. Mientras � /∈ S ′′ y S ′ 6= S ′′ hacer:I S ′ ← SI S ′′ ← S ′ ∪

[C1,C2∈S′

Res(C1,C2)

4. Si � ∈ S ′′ devolver SI (i.e., inconsistente)5. Si � /∈ S ′′ devolver NO (i.e., consistente)

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.39

Resolucion por saturacion

I El algoritmo de resolucion por saturacion genera una sucesionde conjuntos de clausulas:

S0 = S , Si+1 = Si ∪⋃

C1,C2∈Si

Res(C1,C2)

de tal modo que para toda clausula, C , se tiene

S `r C ⇐⇒ Existe j tal que C ∈ Sj

I En consecuencia, por el teorema de completitud, el algoritmode resolucion por saturacion es correcto.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.40

Ejemplos (I)

I Sea S = {{p, q}, {¬p, q}, {p,¬q}, {¬q}}, aplicando elalgoritmo:

S1 = S ∪ {{q}, {p}, {¬p}, {¬p, p}, {q,¬q}}

S2 = S1 ∪ {�, ...}

Por tanto, S es inconsistente.

I Sea S = {{p, q}, {p,¬q}, {q, r , s}, {¬s,¬r}}, aplicando elalgoritmo:

S1 = S ∪ {{p}, {p, r , s}, {q, s,¬s}, {q, r ,¬r}}

S2 = S1 ∪ {{p, s,¬s}, {p, r ,¬r}, {q,¬r ,¬s}, {p, q, r , s}}

S3 = S2∪{{p,¬r ,¬s}, {p, q,¬s, s}, {p, q,¬r , r}, {p, q,¬r ,¬s}}

Y S4 = S3. Por tanto, S es consistente.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.41

Ejemplos (II)

I La aparicion de tautologıas suele provocar el calculo demuchas resolventes repetidas y la aparicion de nuevastautologıas.

I Sin embargo, las tautologıas son clausulas esencialmenteredundantes, ya que tenemos el siguiente resultado:

I Sea C una tautologıa y S un conjunto de formulas. Entonces

S es consistente ⇐⇒ S − {C} es consistente

I Por tanto, en cada etapa del algoritmo de saturacion podemoseliminar las tautologıas obtenidas. En el caso anteriortendrıamos S = {{p, q}, {p,¬q}, {q, r , s}, {¬s,¬r}} yaplicando el algoritmo con eliminacion de tautologıas

S1 = S ∪ {{p}, {p, r , s}}, S2 = S1

Por tanto, S es consistente.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.42

Completitud y eficiencia

I Hemos estudiado la deduccion como un metodo mecanicopara decidir la validez, consistencia, consecuencia logica, etc.

I La completitud es una propiedad fundamental de losprocedimientos de deduccion estudiados.

I En el caso de resolucion la existencia de una demostracion esdecidible, y el conjunto de teoremas es finito (si el conjunto declausulas inicial es finito): Resolucion por Saturacion.

I Sin embargo, los metodos de decision conocidos no soneficientes, en general.

I Una solucion: Restringir el tipo de clausulas consideradas.

I Una clausula de Horn es una clausulas con a lo sumo unliteral positivo.

I El problema de decidir si un conjunto de clausulas de Horn(proposicionales) es consistente es decidible de maneraeficiente.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.43

Completitud y eficiencia (II)

Existen diferentes estrategias para reducir el numero o lacomplejidad de las pruebas, sin perder la adecuacion ymanteniendo la completitud.

= Pruebas originales = Pruebas refinadas

Logica, no teoremasConsecuencia

S−TEOREMAS

FORMULAS

C_1

C_2

C_3C_4S

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.44

Opciones:

I Aumentar el numero de reglas de inferencia.I Acorta la longitud de las pruebas.I Es necesario justificar su adecuacion.I Ejemplo: La regla de Hiperresolucion:

{¬A1, . . . ,¬An,B1, . . . ,Bm}, {A1}, . . . , {An}{B1, . . . ,Bm}

I Reducir el ambito de aplicacion de las reglas.I Acorta el tiempo de comprobacion de la aplicabilidad.

I Utilizar Heurısticas.I Basadas en comprobaciones empıricas.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.45

EstrategiasPara reducir el ambito de aplicacion de las reglas de inferencia enel caso de resolucion, podemos adoptar las siguientes estrategias.

I Resolucion positiva (resp. negativa): Solo se calculanresolventes si una de las dos clausulas contiene unicamenteliterales positivos (resp. negativos). Es (refutacionalmente)completa.

I Resolucion lineal: Una deduccion por resolucion a partir deun conjunto S , C1, . . . ,Cn, es lineal si para cada i < n laclausula Ci+1 es una resolvente de Ci y otra clausulapreviamente obtenida por resolucion o perteneciente a S .

I La resolucion lineal es (refutacionalmente) completa, ya que setiene el siguiente resultado:

I Teorema. Si S es un conjunto inconsistente y S − {C} esconsistente, entonces existe una refutacion de S por resolucionlineal cuya clausula inicial es C .

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.46

Estrategias (II)

I Resolucion unidad: Solo se permiten resolventes si una delas clausulas es unitaria.

I Resolucion por entradas: Solo se permiten resolventes siuna de las clausulas pertenece a S .

I En general, resolucion unidad y por entradas NO sonrefutacionalmente completas, pero sı lo son restringidas aconjuntos de clausulas de Horn.

I Teorema. Sea S es un conjunto inconsistente formado porclausulas de Horn. Entonces S es refutable medianteresolucion unidad y mediante resolucion por entradas.

LC, 2010–11 Metodos de Deduccion 2.47

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