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基于相继式演算和叠加法的一阶逻辑定理证明器设计与实现

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 形式化方法

1.1.2 定理证明器

1.2 国内外研究

1.3 研究目标

1.4 本文的主要创新点

1.5 章节安排

第2章 预备知识

2.1.1 字母表

2.1.2 项和公式

2.1.3 联结词

2.1.4 变量与替换

2.1.5 可满足性

2.1.6 完备性

2.1.7 范式

2.2 序

2.2.1 简化序

2.2.2 多重集合

第3章 演绎系统

3.1 引言

3.2 相继式演算

3.2.1 相继式

3.2.2 公理

3.2.3 联结词规则

3.2.4 量词规则

3.2.5 切规则

3.2.6 相继式演算的完备性

3.3 归结原理

3.3.1 合一

3.3.2 推理规则

3.3.3 归结定理

3.4 叠加法

3.4.1 等式公理

3.4.2 文字选择函数

3.4.3 推理规则

3.4.4 简化规则

3.5 小结

第4章 定理证明器的设计与实现

4.1 概述

4.1.1 系统功能

4.1.2 系统架构

4.1.3 开发环境

4.2 一阶逻辑的实现

4.2.1 项和公式的实现

4.2.2 替换的实现

4.2.3 语法分析与显示输出

4.3 输入环境

4.4 交互式定理证明

4.4.1 功能模块

4.4.2 证明过程

4.4.3 相继式

4.4.4 证明树

4.4.5 策略

4.5 自动定理证明

4.5.1 功能模块

4.5.2 公式预处理

4.5.3 合一的实现

4.5.4 序和叠加法

4.5.5 搜索证明

4.5.6 自动定理证明界面

4.6 保存/载入证明

4.7 小结

第5章 系统演示

5.1 引言

5.2 证明演示

5.2.1 命题逻辑问题

5.2.2 一阶逻辑问题

5.2.3 群论问题1

5.2.4 群论问题2

5.2.5 群论问题3

5.3 证明能力测试

5.4 系统的局限性

5.5 小结

第6章 总结和展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

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摘要

随着对计算机系统安全性、可靠性需求的提高,形式化方法得到了更多的重视。定理证明是重要的形式化技术之一,它用于验证数学定理的正确性。定理证明器可以帮助用户以轻松的、可靠的方式对定理进行证明。本文实现了一个一阶逻辑定理证明器,它使用相继式演算作为交互式定理证明的演绎系统,使用叠加法作为自动定理证明的演绎系统。
  本文首先对一阶逻辑和序理论进行了论述,为接下来介绍演绎系统做了知识的预备。然后分析介绍了相继式演算、归结原理和叠加法这三种演绎系统。接着本文描述了定理证明器中各个模块的功能及联系,然后分别从交互式定理证明、自动定理证明的角度对每个模块的设计和实现进行了介绍。最后以若干用例演示了证明器的功能并以问题集测试了证明器的能力。
  通过本文实现的定理证明器,用户可以在图形界面上方便的进行交互式定理证明,也可以调用自动定理证明模块尝试自动解决问题,或者通过两者之间的配合解决问题。未来可以在这基础上支持更多的逻辑,提高描述能力,也可以对自动定理证明能力进行加强。

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