Модальная логика



Модальная логика (от лат. modus — способ, мера) — логика, в которой кроме стандартных логических связок, переменных и предикатов есть модальности (модальные операторы, другие названия: модальные понятия, модальные отношения, модальные характеристики, оценки).

Логическая теория является модальной, если

  • она содержит хотя бы три модальных оператора
  • она является надстройкой над логикой ассерторических высказываний
  • квалификации, даваемые сильными её модальностями, несовместимы с квалификациями, даваемыми слабыми её модальностями
  • из простой истинности или ложности высказывания нельзя заключить, какую именно модальную характеристику должна иметь устанавливаемая этим высказыванием связь
  • из квалификации высказывания с помощью слабого модального понятия не следует ни то, что высказывание истинно, ни то, что оно ложно
  • если высказыванию приписана слабая модальная характеристики, то его отрицанию должна быть приписана она же

Модальные операторы используются для оценки истинности суждения (развёрнуто: для оценки истинности суждений об истинности какой-то ситуации или суждения). Можно сказать, что модальная логика — это изучение дедуктивного поведения выражений «необходимо, что», «возможно, что» и подобных (в узком смысле её и называют «логикой необходимости и возможности»). Однако, термин «модальная логика» относится также и к другим оперирующим похожими понятиями системам (см. ниже разновидности модальностей). Модальные логики применимы в информатике и особенно — в философии, где суждения с модальностями применяются широко и вместе с тем запутанно.

Перечисленные выше требования считаются необходимыми для любой модальной логики и первое из них соответствует самому определению таковой, а остальные предотвращают вырождение модальной логики в обычную логику высказываний (в которой нет квалификаций посредством модальных операторов). Однако, одна из простейших модальных логик — логика Крипке, предложенная Солом Крипке, называемая в его честь «логика К» — содержит только два модальных оператора (из обязательных только «необходимо», а второй — необязательный «возможно») и не является достаточно сильной для адекватного учёта оператора «необходимо».

Модальные логики применяются в философии языка, эпистемологии, метафизике и формальной семантике. При этом математический аппарат модальной логики оказался полезным во многих других областях, включая теорию игр, верификацию программ, веб-дизайн, теорию множеств и социальную эпистемологию

Сравнение с формальной логикой

Формальную логику можно упростить до цепочки истинное знание→процесс→выводы.

Откуда брать истинное знание для формальных логик если только единичные истинные знания универсальны?..

Логика должна отвечать на реальные жизненные ситуации, а универсальных истин немного.

Модальная логика в широком смысле оперирует:

  • знаниями
  • предположениями (то, что не знаем)
  • вопросами (частично в логике знаний)
  • задачами (что сделать, чтобы получить знание)[уточнить]

То есть является более реальным/практичным расширением логики высказываний и логики первого порядка.

Примеры утверждений

Например, модальная логика способна оперировать утверждениями типа «Москва всегда была столицей России» или «Санкт-Петербург, когда-то в прошлом, был столицей России», которые невозможно или крайне сложно выразить в немодальном языке. Кроме временных и пространственных модальностей есть и другие, например «известно, что» (логика знания) или «можно доказать, что» (логика доказуемости).

Обычно для обозначения модального оператора используется ◻ {displaystyle Box } и двойственный к нему ♢ {displaystyle diamondsuit } :

♢ A = ¬ ◻ ¬ A . {displaystyle diamondsuit A= eg Box eg A.}

Это отражает то, что сказать «Москва когда-то была столицей России» то же самое, что сказать «не верно, что Москва никогда не была столицей России».

Модальности

Модальности бывают разных типов. Модальность — это оценка, квалификация, которая фиксирует характер утверждения. Высказывания, фиксирующие только сам факт наличия или отсутствия какой-то ситуации называются ассерторическими. Высказывания, которые характеризуют кроме этого характер такого утверждения — то есть содержат модальности — называются модальными. Модальности располагают в ряд по силе: самая сильная модальность — необходимо; более слабая модальность — это отсутствие модальности, то есть модальность ассерторического высказывания; самая слабая модальность — модальность возможности. Модальность «Невозможно Б» определяется как «Необходимо, что неверно Б» (важно, что хотя в разговорном русском языке её название выглядит похоже на отрицание возможности, в определении не фигурирует отрицание возможности — модальная логика вообще не требует задания модальности «возможно»).

  • Модальные понятия вне контекста задаются по схеме
    • сильный положительный (утвердительный) оператор, иногда обозначают как V (вне контекста, чтобы вид высказываний сохранялся независимо от сорта модальной логики)
    • сильный отрицательный (запрещающий) оператор, Y
    • слабый модальный оператор, W
    • дополнительный слабый оператор (U), определяемый посредством предыдущих (обязательных) операторов

При таком способе задания, модальные операторы играют роль трёх-четырёхзначных функций оценки истинности или детерминированности. Альтернативно, в семантике Крипке, модальная логика может быть задана через 2 модальных оператора, которые играют роль аналогичную дополнительным кванторам ("необходимо" подобно квантору "любой", а "возможно" подобно квантору "существует"). Далее следует перечисление модальностей в порядке соответствия силы модальности (в качестве базового списка можно рассматривать логические алетические модальности; первые три модальности в каждом пункте задаются обязательно, модальность «возможно» не всегда возможно задать, она не всегда задаётся и, в отличие от первых трёх модальностей, её нет в списке обязательных модальностей для того, чтобы логика считалась логикой модальностей и функционировала как таковая)

  • Алетические (от др.-греч. ἀλήθεια — истина) модальности:
    • Логические:
      • необходимо, V
      • случайно, W
      • невозможно, Y
      • возможно, U
    • Онтологические (также называются фактическими, эмпирическими, физическими или каузальными):
      • ◻ {displaystyle Box } — необходимо, V
      • △ {displaystyle riangle } — случайно, W
      • невозможно, Y
      • ◊ {displaystyle Diamond } — возможно, U

Алетические модальности оценивают истинность утверждений об истинности ситуаций с позиции либо законов логики (логические алетические модальности), либо известных фактов и законов природы (онтологические алетические модальности). Иначе можно сказать, что они оценивают, насколько описываемая ситуация детерминирована некоторым множеством законов и фактов. Например, утверждение «необходимо, что всякое животное смертно» является истинным, если интерпретировать «необходимо» как онтологическую модальность (так как накопленные научные факты указывают на это) — но оно же является ложным, если интерпретировать «необходимо» как логическую модальность (так как выражает высказывание «для всякого х верно, что если х имеет свойство А, то х имеет свойство Б», не имеющее форму общезначимого высказывания). Другой пример — высказывание «возможно, что существует вечный двигатель». Если модальность интерпретировать как логическую, то высказывание истинно (так как выражает лишь, что существует х, обладающий каким-то свойством); но если модальность интерпретировать как онтологическую, то высказывание ложно (так как противоречит известным законам физики и фактам, на основании которых те установлены).

  • Эпистемические
    • Касающиеся знаний
      • Доказуемо (или доказано)
      • Неразрешимо (непроверяемо)
      • Опровержимо (или опровергнуто)
    • Касающиеся убеждений (доксастические)
      • Полагает (убеждён)
      • Сомневается
      • Отвергает
      • Допускает, U

Разница между оценками знаний и убеждений в данном случае заключается в том, что утверждение «А полагает, что Б» фиксирует лишь мнение А — в то время, как утверждение «А знает, что Б» фиксирует следующую ситуацию: «А полагает, что Б и Б имеет место в действительности».

  • Деонтические (нормативно-правовые)
    • Обязательно, V, O
    • Нормативно-безразлично, W
    • Запрещено, Y, F
    • Разрешено, U, P
  • Аксиологические (др.-греч. ἀξίᾱ — ценность):
    • Абсолютные
      • хорошо
      • нейтрально (аксиологически безразлично)
      • плохо
    • Сравнительные
      • лучше
      • равноценно
      • хуже

Аксиологическую логику разработал философ А. А. Ивин.

  • Временные:
    • Абсолютные
      • всегда
      • только иногда
      • никогда
    • Сравнительные
      • раньше
      • одновременно
      • позже («а затем», «потом»)

Кроме этого могут быть введены и другие модальности: «всегда будет» (ситуация будет иметь место в каждый момент будущего), «было» (ситуация имела место когда-то в прошлом) и пр. Например, можно задать:

      • Всегда было, G
      • Было, H
      • Всегда будет, F
      • Будет, P

Кроме этого, модальности делятся по нескольким другим признакам.

По количеству местности модальности (так же, как говорят о местности пропозициональных связок)

  • Абсолютные модальности — это одноместные (унарные) модальности, которые образуют модальное высказывание из одного высказывания
  • Относительные модальности — это модальности, местность которых больше 1 (например, «А позже Б», «Б лучше С» и т. п.)

По тому, оценивается ли ситуация с позиции определённого субъекта

  • Личностные модальности
  • Безличностные модальности

По тому, какую часть высказывания характеризует модальный оператор

  • Внутренние модальности (de re, о вещи, о предмете) — оценивают присущесть свойств предметам в высказывании
  • Внешние модальности (de dicto, о сказанном, о речи) — оценивают характер самого высказывания

Например, модус силлогистики (Barbara)

Всякий А есть Б Всякий С есть А Следовательно, всякий С есть Б

Является верным, если рассматривать его как содержащий внутреннюю модальность «логически необходимо» — но он же является логически ложным, если его рассматривать как содержащий внешнюю модальность «логически необходимо». Верное утверждение:

Всякий А необходимо есть Б Всякий С есть А Следовательно, всякий С необходимо есть Б

Ложное утверждение:

Необходимо, что всякий А есть Б Всякий С есть А Следовательно, необходимо, что всякий С есть Б

Существует два правила, которые необходимо добавить к силлогистике для проверки силлогизмов с модальностью de dicto:

  • модальность заключения не может быть сильнее, чем в слабейшей по модальности посылке и
  • если одна из посылок проблематическая, то другая должна быть аподиктической

Аподиктическая — «о необходимо присущем» или «о необходимо не присущем»; проблематическая — «о возможно присущем» или «о возможно не присущем».

Логика знаний

Оперирует понятиями «знает», «полагает».

Деонтическая логика

Оперирует понятиями: обязательство, разрешение, норма.

«Ты обязан это сделать» («Твой долг это сделать») либо «Ты можешь это сделать»

Эти понятия пытались внедрить достаточно давно, но значительный результат был только у Георга фон Вригта в Deontic Logic, Mind, New Series, Vol. 60, No. 237. (Jan., 1951), pp. 1-15.

Статья 2007 года о реализации деонтической логики. A Formal Language for Electronic Contracts использующий µ-calculus и реализацию mu-cke от A. Biere

Семантика

В математической логике и информатике наиболее распространённой является семантика Крипке, также существуют алгебраическая семантика, топологическая семантика и ряд других.

Синтаксис

Модальная формула определяется рекурсивно как слово в алфавите состоящем из счетного множества пропозициональных переменных P L {displaystyle PL} , классических связок → , ⊥ {displaystyle o ,ot } , скобок ( {displaystyle (} , ) {displaystyle )} и модального оператора ◻ {displaystyle Box } . А именно, формулой является

  • p {displaystyle p} для любого p ∈ P L {displaystyle pin PL} .
  • ⊥ {displaystyle ot } .
  • ( A → B ) {displaystyle (A o B)} , если A {displaystyle A} и B {displaystyle B} — формулы.
  • ( ◻ A ) {displaystyle (Box A)} , если A {displaystyle A} — формула.

    • Нормальной модальной логикой называется множество модальных формул, содержащее все классические тавтологии, аксиому нормальности

    ◻ ( p → q ) → ( ◻ p → ◻ q ) {displaystyle Box (p o q) o (Box p o Box q)}

    и замкнутое относительно правил Modus ponens A , A → B B {displaystyle {frac {A,A o B}{B}}} , подстановки A ( p ) A ( B ) {displaystyle {frac {A(p)}{A(B)}}} и введение модальности A ◻ A {displaystyle {frac {A}{Box A}}} .

    Минимальная нормальная модальная логика обозначается K {displaystyle K} .

    Замечания

    • теория двойников обеспечивает перевод языка квантифицированной модальной логики в первопорядковую теорию (но не наоборот) без каких-либо интенсиональных операторов типа «возможно» и «необходимо»