Моделирование рассуждений. Опыт анализа мыслительных актов

«Логик-теоретик» должен был доказывать справедливость утверждений вида ?₁=?₂ для различных ?₁ и ?₂. Однако авторы «Логика-теоретика» не пошли по прямому пути. Не стали строить таблицы для ?₁ и ?₂ и проверять совпадение истинности ?₁ и ?₂ на всех возможных интерпретациях истинности их аргументов. Ведь с ростом числа аргументов n число строк в этих таблицах растет как 2ⁿ. А. Ньюэлл и Г. Саймон пошли по пути приближения процедуры доказательства к тому, как это делают люди.

В основу процесса доказательства они положили идею ликвидации различий в формульной записи ?₁ и ?₂. Авторы программы составили перечень из шести различий.

1. В ?₁ и ?₂ различное число членов в формулах. Например, ?₁=??, а ?₂=??[6].

2. В ?₁ и ?₂ имеется различие в основной связке (т.е. в связке, которая выполняется последней). Например, ?₁=(??)(), а ?₂=(?)?.

3. Перед всем выражением для ?₁(?₂) стоит знак отрицания, а перед ?₂(?₁) его нет. Например, ?₁=(??), а ?₂=??.

4. Аналогичное различие, но оно касается не всего выражения для ?_i (i=1,2), а некоторого его подвыражения.

5. Скобки в ?₁ расставлены не так, как в ?₂. Например, ?₁=?(??), а ?₂=(??)?.

6. Записи для ?₁ и ?₂ отличаются порядком следования подвыражений. Например, ?₁=(??)?, а ?₂=?(??).

Для того чтобы иметь возможность ликвидировать подобные различия, используются 12 преобразований формул исчисления высказываний. Первые семь преобразований носят тождественный характер, т.е. не меняют истинного значения преобразуемых формул. Последние пять верны только при условии, что левая часть их является тождественно истинной (T-выражением).

В преобразованиях использованы большие латинские буквы, которые могут соответствовать любым подвыражениям формул ?₁ и ?₂. Стрелки и показывают направление преобразований. (Знак есть по сути знак .)

С помощью этих преобразований можно устранять различия между ?₁ и ?₂, которые мы перечислили выше. Укажем в специальной табл. 4 классы преобразований F₁, которые можно использовать для устранения различий. Первое различие разделено на два: различие 1’ требует добавления выражений в формулу, а различие 1’’ – вычеркивания из формулы лишних выражений.

Таблица 4

Крестики поставлены там, где можно устранить различие с помощью соответствующего преобразования.

Покажем работу программы «Логик-теоретик» на несложном примере. Пусть требуется доказать равенство ?₁=?₂, имеющее вид

Применим к ?₁ первое преобразование из F7 справа налево. Выбор F7 определяется различием ?₁ и ?₂. Из ?₁ необходимо убрать лишнее подвыражение С, которого нет в ?₂. После этого получим

Поскольку в ?₁ осталось еще выражение С, которого нет справа, то снова фиксируется различие 1’’ и ищется подходящее преобразование. Таким преобразованием является четвертое из F7. Но для его применения надо сначала использовать преобразование F1 для устранения различия 6. После этого, применяя четвертое преобразование из F7, получаем

Теперь можно применить второе преобразование из F7:

Четвертое преобразование из F7 приводит к окончательному результату

Пример, конечно, не отражает всех особенностей работы программы «Логик-теоретик». Мы несколько упростили задачу. Как видно из таблицы различий, выбор преобразования на каждом шаге далеко не однозначен. В формулах могут существовать одновременно несколько различий, а для ликвидации различия можно использовать несколько преобразований. Всякий вывод, как бы он не был организован, носит переборный характер. И успешность того или иного выбора преобразования не может быть оценена локально, в момент выбора. Поэтому программа вынуждена перебирать варианты, заходить в тупики, проходить циклы прежде, чем она сможет найти правильный путь решения. Повышение эффективности процесса вывода – центральная проблема всех автоматизированных систем дедуктивного вывода.

Исчисление предикатов

Исчисление высказываний не позволяет описывать дедуктивные рассуждения всех типов, в частности силлогистические умозаключения. Оно слишком бедно выразительными средствами.

Его естественным развитием является исчисление предикатов. Как и исчисление высказываний, исчисление предикатов представляет собой формальную систему. Мы не будем описывать его в такой строгой форме (любители строгости могут найти подобные описания в литературе к данному разделу), а попытаемся оставаться на содержательном уровне описания.