一个谓词公式可以化成与其等价的规范形式,称为前束范式。
定义2.5.1 一个谓词公式 A ,若具有形式 Q 1 x 1 Q 2 x 2 … Q n x n M ,其中每个 Q i (1≤ i ≤ n )为∀或∃, M 为不含量词的谓词公式,则称谓词公式 A 为 前束范式 。 Q 1 x 1 Q 2 x 2 … Q n x n 称为 首标 , M 称为 母式 。
例如,∀ x ∀ y ( A ( x , y )→ B ( x , y ))、∃ x ∀ y ( A ( x , y , z )∧ C ( x , y ))等都是前束范式,而∀ xA ( x )→∃ xB ( x )、∃ xA ( x )∨∃ xB ( x , y )等都不是前束范式。
定理2.5.1 任一谓词公式都存在着与之等价的前束范式。
证明 设 A 为任意一个谓词公式。
1)将公式化成只含3个联结词
、∧、∨的形式;
2)利用
、德·摩根律及量词转换律等将公式中的所有
符号移到原子公式的前面。如果需要的话,将约束变元换名;
3)利用量词辖域收缩及扩张律、量词分配律等,将所有量词提到公式的最前面。
按照以上步骤,可得到谓词公式 A 的前束范式。由于每一步变换都保持着等价的关系,所以得到的前束范式与原公式是等价的。
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定义2.5.2 在前束范式 Q 1 x 1 Q 2 x 2 … Q n x n M 中,如果 M 是析取范式,则称为 前束析取范式 ,如果 M 是合取范式,则称为 前束合取范式 。
例2.5.1 求下列谓词公式的前束范式。
1)
2)
3)
4)
解
或者
把一个公式化成前束范式时,结果可能不唯一。例如,在例2.5.1的3)式中使用∃对∨的分配律得到只带一个量词的前束范式,还可以对第二项用换名规则将 x 换为 y ,用量词辖域收缩和扩张律求得前束范式。4)式中∀对∨不满足分配律,必须通过换名使得两项的指导变元不重名。
例2.5.2 把谓词公式 ∀ x ∀ y (∃ z ( P ( x , z )∧ P ( y , z ))→∃ uQ ( x , y , u ))化成前束范式。
解