量化推理是指用量化命题构造的推理。量化推理的有效性与命题逻辑推理有效性的概念类似,即前提真时结论必真,不可能前提真而结论假。但是,量化命题的真假与个体域相联系。当且仅当对每一非空个体域中的所有代换实例,即对一个量化推理的所有例示,都使得推理的前提真时结论必真,那么这个推理就是有效的。
命题逻辑是量化谓词逻辑的基础。量化谓词逻辑是命题逻辑理论的扩展。与命题逻辑一样,一个量化推理是有效的,我们就可以建立推理 有效性的形式证明。建立形式证明必须要有推理规则。命题逻辑作为量化谓词逻辑的一个子系统,它的全部推理规则也都是量化谓词推理的规则。建立量化推理的形式证明同样可以运用这些规则。但是,仅仅有命题逻辑的推理规则还不够。由于量化谓词逻辑还涉及到个体词、谓词和量词等命题逻辑没有的符号,因此必须增加与这些符号相关的推理规则。
我们下面将要讨论的四条量化规则,就是专门用于处理量词等量化谓词逻辑所特有符号的规则。
4.1 全称例示规则(简记为US)
全称例示规则可以作这样的直观描述:如果某类事物的全部对象都具有某种属性,那么任意列举该类事物中的任一对象,它也有这种属性。例如,断定所有的商品都是有价值的,那么任意列举一种商品也是有价值的;全部自然数都是整数,任意一个自然数当然也是整数。
全称例示规则的模式如下;
(?x)?x
∴ Φv
这个推理形式的有效性是显然的。一个全称命题是真的,当且仅当的它的所有例示都真,因此,从一个全称命题可以推演出它任一个例示,前提真时结论必真。
推理模式中的“v”代表任一个体符号。根据这条规则,可以将前提(?x)?x中的全称量词(?x)消去,用任一个体符号v代换 ?x中x的每一自由出现,从而得到结论?v。例如有如下推理,运用US规则可以建立该推理有效性的形式证明:
“所有中国人如果年满18岁那么有选举权。张珊是中国人。所以如果张珊年満18岁那么他有选举权。”
令Cx:x是中国人;Ex:x年满18岁;Jx:x有选举权;z:张珊。先将前提和结论形式化,再建立形式证明:
(1) (?x) (Cx → (Ex → Jx))
(2) Cz / ∴ Ez → Jz
(3) Cz → (Ez → Jz) (1) US
(4) Ez→ Jz (2) (3) MP
4.2 存在概括规则(简记为EG)
存在概括规则的内容是,如果有某个个体如v具有某种性质Φ,那么个体域中存在着个体x,使得x具有性质Φ。例如,太阳是发光体,因此至少有一个个体是发光体。存在例示规则的模式如下:
?v
∴(?x)?x
这条规则的有效性是显然的。一个存在命题是真的,当且仅当它所概括的命题函项的例示至少有一个真。因此,该推理形式的前提真时结论必真。
如下是运用存在概括规则的一个实例:
“西施是人。西施很漂亮。所以,有人很漂亮。”
令Mx:x是人;Bx:x漂亮;s:西施。先将前提和结论形式化,再建立形式证明:
(1) Ms
(2) Bs / ∴ (?x) ( Mx ∧ Bx)
(3) Ms ∧ Bs (1) (2) ∧+
(4) (?x) ( Mx ∧ Bx) (3) EG
4.3 全称概括规则(UG)
在数学证明中,我们常常这样进行推演:从某类事物中的任意列举一个对象,证明它具有某种属性,由此推论该类事物的全部对象都具有这样的属性。例如,任意列举一个三角形,然后证明这个三角形的内角之和为180度。由于这个三角形是任意列举的,不附加其它任何特殊条件,由此就可概括地得出结论,全部三角形都具有这个性质性质,即三角形三内角之和为180度。
全称根据规则正是根据这一思想得到的一条推理规则。令“y”代表一个任意选出的个体,如果证明y具有某性质“?”,即证明“?y”,那么就可以推演出所有个体都具有性质?。就象证明了任意选择的一个三角形内角和是180度,那么就可推演出所有三角形的内角和180度。
全称概括规则的模式如下:
Φy ( y代表任意列举的个体符号,它不是个体常项或存在
∴(?x)?x 命题的例示,并且不在任何关于y的假设辖域内出现)
如下是全称概括规则的一个实际运用:
“所有人都是有感情的。所有机器人都没有感情。所以,所有机器人都不是人。”
先将前提和结论符号化,再构造有效性的形式证明:
①(?x)(Mx → Bx)
②(?x)(Cx → ?Bx) /∴(?x)(Cx → ?Mx)
③ My → By ① US
④ Cy → ?By ② US
⑤ By → ?Cy ④ Tran
⑥ My → ?Cy ③⑤ HS
⑦ Cy → ?My ⑥ Tran
⑧(?x)(Cx → ?Mx) ⑦ UG
在使用UG规则时,一定要注意该规则对y的两条限制:
第一,?y中的y不能是个体常项或存在命题的例示;
第二,?y不在任何关于y的假设辖域中出现。
如果违反这两条限制,就将导致逻辑错误。例如,如下推理是无效的:
“太阳是自身发光的。所以,所有物体都自身发光。”
如果错误运用UG规则,却可以为这个推理建立形式证明:
① Ps /∴(x)Px
② (?x) Px ①UG(错误)
在这个形式证明中,第②行是对个体常项s使用UG规则,违反了第一条限制,因而是错误的。
再看如下推理:
“并非所有物体都是植物。所以,所有物体都不是植物。”
该推理是无效的,如果错误运用UG规则,也可以为其构造一个形式证明:
① ?(?x)Sx /∴(?x)?Sx
② Sx 假设
③(?x)Sx ② UG(错误)
④ Sx → (?x)Sx ②—③ C?P
⑤ ?Sx ①④ MT
⑥ (?x)? Sx ⑤ UG
这个形式证明的错误在第③行。由于在第②行出现的Sx是一个假设,对在假设辖域内出现的x使用UG规则,违反了对UG规则的第二条限制。错误运用UG规则,这个形式证明不可能正确。
运用UG规则来建立形式证明时,必须遵守有关该规则的限制。下面再举一例,说明怎样正确运用UG规则。
“所有人都会犯错误。圣人都是人。孔子是圣人。所以,孔子会犯错误。”
将前提、结论符号化,构造该推理有效性的形式证明:
①(?x)(Mx → Rx)
②(?x)(Sx → Mx)
③ Sc /∴Rc
④ My → Ry ① US
⑤ Sy → My ② US
⑥ Sy → Ry ④⑤ H?S
⑦(?x)(Sx→Rx) ⑥ UG
⑧ Sc → Rc ⑦ US
⑨ Rc ③⑧ MP
4.4 存在例示规则(ES)
一个存在量化命题是真的,当且仅当它所概括的命题函项的例示至少有一个真。根据存在量化命题的这一逻辑特征,我们由一个存在命题可以推演出命题函项的一个例示。这就是存在例示规则所表达的内容:由一个存在命题推演出一个命题函项的例示。
但是必须注意,存在命题只断定个体域中存在有个体,至于是哪个或哪些个体存在命题是无法保证的。因此,为了有效地运用存在例示规则,我们必须对例示所使用的个体符号进行严格限制。例如,我们在这里规定,例示的个体符号必须是前面证明过程中没有出现过的个体符号,并且它不能是个体常项,即不能代表某个特定个体。
存在例示规则的模式如下:
(?x)?x
∴ Φv (v在前面没出现过,并且不是特定的个体常项)
在使用UG规则时,一定要注意该规则对例示的个体符号v的限制:
第一,v是在前面的证明过程中没有出现过的个体符号;
第二,v不是任何特定的个体常项,即不代表任何特定个体。
违反这些限制将导致错误的形式证明。看如下推理:
“有的动物是马。有的动物是猪。所以,有的马是猪。”
这本来是个无效推理,错误运用ES规则却可以建立形式证明:
①(?x)(Ax ∧ Hx)
②(?x)(Ax ∧ Px) /∴(? x)(Hx ∧ Px)
③ Aw ∧ Hw ①ES
④ Aw ∧ Pw ②ES(错误)
⑤ Hw ③ Com, ∧-
⑥ Pw ④ Com, ∧-
⑦ Hw ∧ Pw ⑤⑥ ∧+
⑧ (?x) (Hx ∧ Px) ⑦EG
该证明错在第④行,因为第④行存在例示使用了一个在第③行已经出现过的个体符号,违反了对ES规则的第一条限制。违反限制就将导致错误的结论。
如下举例说明怎样正确运用存在例示规则,即ES规则:
“所有马都是吃草的。有些动物是马。所以,有些动物是吃草的。”
将推理符号化并建立有效性的形式证明:
① (?x)(Hx → Cx)
②(?x)(Ax ∧ Hx) / ∴(?x)(Ax ∧ Cx)
③ Aw ∧ Hw ② ES
④ Hw → Cw ① US
⑤ Hw ③ Com, ∧-
⑥ Cw ④⑤ MP
⑦ Aw ③ ∧-
⑧ Aw ∧ Cw ⑥⑦ ∧+
⑨(?x)(Ax ∧ Cx) ⑧EG
这个形式证明既运用了US规则(第④行),又运用了ES规则(第③行)。这两条规则的运用都必须遵守相关的规则。我们看到,当既需要全称例示又需要存在例示时,我们必须先使用ES规则,再运用US规则。就是说,必须先进行存在例示,然后再进行全称例示。因为存在例示必须使用新的个体符号,全称例示则没有这样的限制。先进行存在例示再进行全称例示,才能使个体符号保持一致,正确建立推理有效性的形式证明。如果先进行全称例示,存在例示就必须使用新的个体符号,个体符号不一致,将使得推演无法进行,从而影响形式证明的建立。因此,为保证正确运用ES规则,当需要既使用US又ES以消去全称量词和存在量词时,必须先使用ES规则 ,再使用US规则。