Где меч силлогизма горел и сверкал,
Проверенный чистым рассудком,
И что же? Сражение он проиграл
Во славу иным прибауткам!

(Н. Заболоцкий. Битва слонов)

Под высказыванием будем понимать утверждение, относительно которого в любой момент можно сказать, является оно истинным или ложным, или по крайней мере предполагать, что ему может быть приписана такая интерпретация. Например, фразы «Пик Коммунизма есть высочайшая вершина СССР», «Все жители земли имеют рост более двух метров», «В Африке находятся более десяти еще неизвестных захоронений фараонов Египта» являются высказываниями. Первое из них истинно, второе – ложно (легко приводятся конкретные опровергающие примеры), а относительно третьей фразы мы не можем говорить, является она истинной или ложной, так как наши знания о еще не найденных погребениях фараонов пока недостаточны. Но мы вполне можем предполагать, что это высказывание, ибо оно обязательно либо истинно, либо ложно.

Не всякие фразы на естественном языке могут быть высказываниями. Например, утверждение «Девушка была очень красивой» таковым не является. Одни мужчины могут согласиться с мнением, высказанным в этой фразе, т.е. посчитать, что это утверждение истинно, но другие могут и не принять данной точки зрения, т.е. посчитать утверждение ложным. Такого рода утверждения в рамках формальной системы, называемой исчислением высказываний, не рассматриваются.

О формальной системе речь шла во второй главе, и читатели, наверное, помнят, что такие системы задаются как четверки, состоящие из множества базовых элементов Т, множества синтаксических правил L, множества аксиом Q и множества правил вывода R. Поэтому, если мы хотим рассматривать исчисление высказываний как формальную систему, то должны задать указанные четыре множества.

В качестве элементов множества Т будут выступать элементарные высказывания, обозначаемые малыми латинскими буквами. Считать или не считать некоторое высказывание элементарным, зависит от нашей воли. Как станет ясно из дальнейшего, этот вопрос не имеет принципиального значения в рамках той дедуктивной системы, которую мы строим. Для описания процедур построения производных высказываний из элементарных, т.е. синтаксических, правил надо предварительно ввести знаки логических связок. В качестве таких связок будут выступать уже известные по первой главе конъюнкция, дизъюнкция и отрицание, которые будем обозначать &, и (иногда заменяя, как и ранее, этот последний знак чертой сверху буквы, соответствующей элементарному высказыванию), а также новая связка, называемая импликацией, которую будем обозначать .

Сформулируем теперь совокупность синтаксических правил для исчисления высказываний.

1. Всякое элементарное высказывание является правильной совокупностью (будем говорить далее правильной формулой).

2. Если ? и ? являются правильными формулами, то правильными формулами являются также ?, (?&?), (??) и (??).

3. Других правильных формул в исчислении высказываний нет.

Между знаками логических связок , &, и и конструкциями естественного языка существует некоторая связь, которую проиллюстрируем на примерах. Воспользуемся стихотворением Давида Самойлова «Пестель, поэт и Анна». Вот его начало:

Там Анна пела с самого утра
И что-то шила или вышивала.
И песня, долетая со двора,
Ему невольно сердце волновала.

В этом четверостишии можно выделить четыре элементарных высказывания: a – «Там Анна пела с самого утра», b – «Что-то (Анна) шила», с – «Что-то (Анна) вышивала», d – «Песня, долетая со двора, ему невольно сердце волновала». В скобках мы ввели субъект, отсутствующий во второй строке приведенного отрывка. Общая логическая структура всего четверостишия может быть описана следующим образом: (а И (b ИЛИ c) И d). Большими буквами мы выделили союзы, которые в явной форме присутствуют в тексте Д. Самойлова. Можно ли от этой записи перейти к логическим связкам?

Вспомним, что такое конъюнкция и дизъюнкция. Во второй главе, определяя эти связки, мы говорили, что ?&? является истинным, если истинны оба утверждения ? и ?, а ?? является истинным, если истинно хотя бы одно из утверждений ? или ?. Такое определение связок позволяет перейти от структуры, в которой используются союзы И и ИЛИ, к записи ((a&(bc))&d), которая согласно синтаксическим правилам исчисления высказываний является правильной формулой этого исчисления. Правда, внимательные читатели могут усмотреть в этом переходе некоторую некорректность. Дело в том, что выражение ?? является истинным и тогда, когда одновременно ? и ? истинны. Но подобный случай в нашем примере невозможен. Анна либо шила, либо вышивала. Одновременно делать то и другое она не могла. Другими словами, одновременная истинность ? и ? должна была бы давать сигнал о ложности такого утверждения, а дизъюнкция утверждает, что оно истинно. Эту ситуацию можно исправить, введя связку, называемую разделительной дизъюнкцией. Но мы этого делать не будем, так как такая связка есть комбинация более простых связок, которые мы уже ввели: (?&?)(?&?).

Проверим, достигаем ли мы нужной цели с помощью данной комбинации. Если ? и ? ложны, то ложны правильные формулы (?&?) и (?&?) и, следовательно, по свойству дизъюнкции ложна и вся большая формула. Если же ? и ? одновременно истинны, то опять обе конъюнкции ложны, так как в них входят ложные высказывания, получающиеся из истинных путем отрицания, и, следовательно, вся дизъюнкция опять является ложной. И лишь тогда, когда из двух высказываний ? и ? одно истинно, а другое ложно, мы получаем истинность всего высказывания. После этого уточнения правильная формула исчисления высказываний, соответствующая нашему примеру, примет вид ((а&((b&c)(b&c)))&d).

Рассмотрим еще одну цитату из того же стихотворения: «…Если трон находится в стране в руках деспо?та, тогда дворянства первая забота сменить основы власти и закон». Введем два элементарных высказывания: g – «Трон находится в стране в руках деспо?та» и h – «Дворянства первая забота сменить основы власти и закон». Тогда логическая структура всего высказывания может быть представлена в виде (ЕСЛИ g ТОГДА h). Для перехода к правильной формуле исчисления высказываний воспользуемся импликацией. Раньше она не встречалась. По определению выражение ?? истинно во всех случаях, кроме того, когда ? истинно, а ? ложно. Другими словами, из истинности ? в импликации, которая является истинной, всегда следует истинность ?.

Исследуем запись (gh). Если g истинно, то h должно быть истинно, если фраза, которая вложена Д. Самойловым в уста Пестеля, является истинной. Это хорошо, но что будет в случае, когда утверждение g ложно? Для импликации это означает, что как при истинности h, так и при его ложности вся фраза в целом остается истинной. Другими словами, если неверно, что «Трон находится в стране в руках деспо?та», то дворянство может менять основы власти и закона, а может этого и не делать. Всё равно сложное высказывание будет сохранять свою истинность. Если же мы потребуем, чтобы при ложности g всегда было бы ложным и все высказывание целиком, сохраняя остальные свойства импликации, то мы опять вернемся к конъюнкции.

Наверное, самым разумным с точки зрения здравого смысла было бы вообще отказаться от определения истинности или ложности выражения (ЕСЛИ ? ТОГДА ?), когда ? является ложным. Ибо для выводов в этом случае нет никакой информации. Во второй главе мы использовали знак выводимости . Вот с его-то помощью и можно формализовать случай, когда в записи gh из истинности g всегда следует истинность h, а при ложности g ничего сказать нельзя. Но знак выводимости не является логической связкой и не входит в синтаксис исчисления высказываний. Поэтому, оставаясь в рамках этого исчисления, мы вынуждены пользоваться импликацией.

И еще одно замечание, касающееся импликации. Эта связка, как и разделительная дизъюнкция, может быть сведена к комбинации других связок, имеющихся в исчислении. Читатели легко могут убедиться в справедливости замены ?? на ??. Однако по ряду причин в исчислении высказываний в его классической форме импликация сохраняется как самостоятельная связка[5].

Не нужно думать, что переход от фраз на естественном языке к соответствующим им правильным формулам исчисления высказываний столь прост. На этом пути стоит немало трудностей, И прежде всего потому, что частицы и союзы языка типа НЕ, И, ИЛИ, ТО, ЕСЛИ и т.п. не являются однозначными свидетельствами наличия похожих на них связок. Цитата из стихотворения «Смерть поэта» Д. Самойлова иллюстрирует это положение:

И не ведал я, было ли это
Отпеванием времени года,
Воспеваньем страны и народа
Или просто кончиной поэта.

Встречающиеся здесь И и ИЛИ не являются прямыми аналогами связок исчисления высказываний.

Мы ввели множество базовых элементов и множество синтаксических правил. Теперь необходимо ввести множество аксиом. В логике в качестве множества аксиом выбирают обычно совокупность правильных формул, которые являются общезначимыми (или тождественно истинными). Высказывания, описываемые этими формулами, таковы, что они всегда истинны. Вот пример такого множества формул:

Читатели могут сами убедиться в том, что при всех комбинациях истинности и ложности формул ?, ? и ? четыре выписанные аксиомы всегда являются истинными. Такие аксиомы принято называть абсолютными или логическими.

Перейдем к описанию правил вывода R. Вспомним, что Аристотель, создавая свои силлогистические правила, добивался того, чтобы из истинных посылок всегда следовали истинные заключения. Если в качестве аксиом используются абсолютные аксиомы, то правила вывода должны обладать тем свойством, что их применение не должно нарушать истинность. Другими словами, из тождественно истинных формул должны выводиться лишь тождественно истинные формулы. Введем, учитывая это, два правила вывода исчисления высказываний.

Первое правило носит название правило подстановки. Согласно ему в формулу, которая уже выведена, можно вместо некоторого высказывания подставить любое другое при непременном условии, что эта подстановка сделана во всех местах вхождения заменяемого высказывания в данную формулу. Такая подстановка сохраняет свойство формулы быть тождественно истинной. Если в аксиому (?(??)) вместо ? подставить любую формулу, например (?&?), то формула ((?&?)((?&?)?)) останется тождественно истинной, что легко доказывается перебором всех комбинаций истинностных значений ? и ? и проверкой того, что для всех них полученная формула остается истинной.

Второе правило называется модус поненс (лат. modus ponens) или правило заключения и выглядит следующим образом: если ? и (??) являются истинными формулами, то формула ? также истинна. Если ? является истинной, то истинность (??) означает, что ? является истинной. Поэтому правило заключения не портит истинности выводимых формул.

Мы полностью описали исчисление высказываний. Заметим еще раз, что оно устроено так, что в результате выводов из аксиом получаются лишь тождественно истинные формулы. Можно показать, что система логических аксиом может быть выбрана таким образом, что для любой тождественно истинной формулы всегда найдется цепочка выводов (логических рассуждений), с помощью которой она будет выведена из системы аксиом путем применения правил подстановки и заключения. Другими словами, может быть построена полная система аксиом, из которой будут выводиться все тождественно истинные формулы и только они. Как показали исследования логиков, таких полных систем аксиом существует много. Система из четырех аксиом, которую мы только что рассмотрели является полной. Ее предложил известный немецкий математик и логик Д. Гильберт.

Подобное свойство исчисления высказываний позволяет достаточно легко ответить на кардинальный вопрос, возникающий для любой формальной системы: принадлежит ли некоторая правильная формула к множеству формул, выводимых в данной формальной системе? Для ответа на этот вопрос надо построить таблицу, в которой в левой части перечислены все возможные комбинации значений истины и лжи для высказываний, входящих в эту формулу (легко видеть, что при n различных таких высказываниях число комбинаций будет равно 2ⁿ), а в правой части выписаны значения истинности проверяемой формулы. Если правый столбец состоит только из значений «истина», то формула выводима в исчислении высказываний. В противном случае ее выводимость не имеет места.

Пусть, например, надо узнать, выводима ли в исчислении высказываний формула ((??)?). В эту формулу входит одно высказывание ?. Поэтому нужно проверить лишь две комбинации истинности: когда ? истинно и когда оно ложно. В первом случае по свойству импликации первая скобка является истинной, ибо ? ложно. Но тогда истинна и вся формула, ибо импликация истинна, когда истинны ее левая и правая части. Если же ? ложно, то первая скобка является ложной, так как левая часть импликации (??) истинна, а правая ложна. Но тогда вся формула является истинной. Тем самым доказано, что интересующая нас формула является тождественно истинной и, следовательно, выводимой в исчислении высказываний.

О чем все это говорит? Прежде всего о том, что процедура выводимости в исчислении высказываний конструктивно разрешима. Проверка общезначимости (тождественной истинности) формулы сводится к построению нужной конечной таблицы и перебору всех вариантов, содержащихся в ее левой части, с целью определения истинностного значения проверяемой формулы. Получение первого значения «ложь» свидетельствует о невыводимости. Если же при всех комбинациях, перечисленных в левой части таблицы, формула принимает значение «истина», то она выводима с помощью описанных выше двух правил вывода из той или иной полной системы абсолютных аксиом.

Проиллюстрируем эту процедуру еще на одном примере. Проверим, является ли выводимой формула ((??)((??)&?)). В этой формуле (будем обозначать ее ?) имеется три высказывания, что приводит к необходимости рассмотрения истинного значения ? на 2³=8 комбинациях. Эти комбинации и соответствующие шаги по определению истинностного значения ? на них даны в табл. 3, в которой И и Л означают соответственно значения «истина» и «ложь».

Таблица 3

Появление в пятой строке в столбце ? значения Л свидетельствует о невыводимости исследуемой формулы. На этом шаге процесс вывода можно прекратить. Остальные строки в таблице приведены лишь для полноты картины.

Так была названа программа для ЭВМ, созданная в середине шестидесятых годов американским кибернетиком А. Ньюэллом в содружестве с психологом Г. Саймоном. Она была предназначена для доказательства теорем в исчислении высказываний, т.е. для поиска обоснования тождественной истинности некоторых утверждений. Для того чтобы перейти к описанию программы «Логик-теоретик», введем предварительно понятие о равенстве двух выражений исчисления высказываний. Будем говорить, что выражения ?₁ и ?₂ равны между собой, и записывать этот факт обычным образом ?₁=?₂, если на всех возможных наборах интерпретации истинности входящих в них элементарных высказываний истинность ?₁ и ?₂ одинакова.

Появление знака равенства, которого не было в исчислении высказываний, не должно нас смущать. Его легко можно исключить из рассмотрения, введя формулу ((?₁&?₂)(?₁&?₂)). Читатели могут проверить, что эта формула будет истинной только в том случае, когда оценки истинности ?₁ и ?₂ одинаковы. Тогда утверждение, что ?₁=?₂, становится эквивалентным утверждению, что формула ((?₁&?₂)(?₁&?₂)) является истинной.

«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 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.

Под предикатом будем понимать некоторую связь, заданную на наборе из констант или переменных, например утверждение «? больше ?». Если семантика ? и ? не задана, то о предикате сказать особенно нечего. Пожалуй, только то, что он задает двуместное отношение, семантика которого такова, что оно является антирефлексивным (неверно, что «? больше ?»), асимметричным и транзитивным. Но при задании семантики (т.е. областей определения переменных ? и ?) о предикате можно будет сказать существенно больше. Если ? и ? – площади городов соответственно в СССР и Японии, то при задании списков городов и означивании переменных константами мы получим отношение между двумя высказываниями типа «Площадь Вологды больше площади Токио» или «Площадь Ленинграда больше площади Нары». После этого становится возможным говорить об истинности или ложности предиката. Для нашего примера первое означивание дает ложное значение предиката, а второе – истинное. Иногда для утверждения об истинности или ложности предиката можно обойтись и без означивания. Например, если областью определения х являются целые положительные числа, то предикат «х больше ?5» будет тождественно истинен.

В исчислении предикатов используются те же операции, что и в исчислении высказываний. С их помощью образуются предикатные формулы. Будем обозначать предикаты большими латинскими буквами. Примерами предикатных формул могут служить Р(х,у)&Q(a,b) или P(?)P(z,l).

В исчислении предикатов используются два квантора: квантор общности и квантор существования. Первый обозначается как , а запись xP(x) эквивалентна утверждению «Для всех х из области его определения имеет место Р(х)». Второй квантор обозначается как , а запись хР(х) эквивалентна утверждению «Найдется по крайней мере один х* в области определения х, такой, что истинен Р(х*)». Переменные, находящиеся в сфере действия кванторов, называются связанными, остальные переменные – свободными.

Вспомним И.А. Крылова: «А вы, друзья, как ни садитесь, все ж в музыканты не годитесь!». Обозначим через Р(х,у) предикат, который связывает между собой способ рассаживания участников квартета и качество исполняемой ими музыки. Предикат Р(х,у) становится истинным лишь тогда, когда найдено такое взаимное расположение зверей в квартете, что качество музыки позволяет назвать исполнителей музыкантами. При этих условиях цитате из басни «Квартет» соответствует формула xP(x,у).

А вот Ф. Тютчев: «Бывают роковые дни лютейшего телесного недуга и страшных нравственных тревог…». Если Q(u,v) есть предикат, в котором переменная u определена на множестве дней, а переменная v на области настроений, связанных с «телесным недугом» и «страшными нравственными тревогами», то в исчислении предикатов началу стихотворения Тютчева будет соответствовать формула uQ(u,v).

Отметим, что имеют место следующие соотношения:

Справедливость их вытекает из смысла кванторов. Они позволяют любую формулу в исчислении предикатов представить в виде предваренной нормальной формы (ПНФ). В ней сначала выписываются все кванторы, а затем предикатные выражения. Например, формула

записана в ПНФ.

Введение кванторов и , а также их отрицаний наводит на мысль о связи исчисления предикатов и силлогистики Аристотеля. Вспомним еще раз смысл кванторов, использованных в силлогистике: Asp – «Всякое s есть р»; Esp – «Ни одно s не есть р», Isp – «Некоторые s есть р» и Osp – «Некоторые s не есть р». Представляется вполне справедливым заменить эти выражения силлогистики следующими четырьмя формулами исчисления предикатов:

На первый взгляд такая замена вполне законна. Но для того, чтобы убедиться в этом, необходимо показать, что в исчислении предикатов могут быть выведены все модусы силлогистики Аристотеля.

Система аксиом и правила вывода в исчислении предикатов могут быть заданы следующим образом. В качестве системы аксиом берется любая известная система аксиом исчисления высказываний и к ней добавляются специфические для исчисления предикатов аксиомы, например, такие:

Смысл их очевиден. Первая аксиома говорит о том, что если Р(х) истинен для любых х, то и для некоторого у из того же универсума истинность предиката должна сохраняться. Вторая аксиома говорит о том, что если найдется такое у, что Р(у) будет истинным, то верно, что существует х, для которого Р(х) истинно.

К правилам вывода, используемым в исчислении высказываний, в исчислении предикатов добавляются еще три правила.

1. Пусть F₁ и F₂ – две формулы исчисления предикатов. И пусть в F₁ переменная х не входит, а в F₂ входит в качестве свободной переменной. Пусть, наконец, формула F₁F₂ является выводимой. Тогда выводима и формула F₁xF₂.

2. Если х содержится в качестве свободной переменной в F₁ и не содержится в таком виде в F₂ и если F₁F₂ – выводимая формула, то xF₁F₂ также является выводимой.

3. Если F – выводимая формула и в F есть кванторы общности и существования, то любая из связанных ими переменных может быть заменена на другую связанную переменную одновременно во всех областях действий квантора и в самом кванторе. Полученная после этого формула также является выводимой.

Использование такой системы аксиом и такого множества правил вывода позволяет в исчислении предикатов из тождественно истинных формул получать тождественно истинные.

Вернемся теперь к попытке вложения силлогистических утверждений в исчисление предикатов. Исследование выводимости 24 модусов, верных в силлогистике Аристотеля, в исчислении предикатов привело к следующему результату. Если предполагать, что все классы сущностей непусты, т.е. рассуждения не касаются мыслимых сущностей (например, драконов или русалок), то приведенная выше замена силлогистических выражений выражениями логики предикатов будет полностью справедлива. Другими словами, при непустых классах сущностей все модусы силлогистики Аристотеля выводятся в исчислении предикатов.

Иная ситуация возникает при допущении пустых классов сущностей. В исчислении предикатов предикаты с пустыми областями для аргументов ведут себя совсем не так, как такие же предикаты с непустыми областями. В этих условиях оказываются невыводимыми все модусы силлогистики, в которых вывод носит частный характер, а обе посылки носят общий характер. Например, оказываются невыводимыми модусы AAI и ЕАО первой фигуры:

Хотелось бы обратить внимание читателей на только что полученный результат моделирования. Даже в области дедуктивных рассуждений, дающих всегда достоверные результаты, характер человеческих рассуждений может быть различным. И он не обязан совпадать (как это показывает случай с силлогистикой) с теми схемами рассуждений, которые демонстрирует исчисление предикатов.

Опишем общую схему выводов, лежащую в основе большого количества моделей человеческих достоверных рассуждений. Она приведена на рис. 19. Обратим сначала внимание на рис. 19, а. На нем показано некоторое дерево вывода. Вершинам этого дерева соответствуют определенные утверждения F_i, а дуги определяют порядок получения новых утверждений. Те дуги, которые сходятся в зачерненные точки, образуют конъюнктивные условия вывода, а те дуги, которые между собой соединены «дужкой», образуют дизъюнктивные условия вывода. Например, получение утверждения F₉ возможно двумя путями. Если доказаны утверждения F₂ и F₃, то F₇ следует из их доказанности, F₆ из доказанности F₂ и F₉ из доказанности F₆ и F₇. Другой путь доказательства F₉ вытекает из априорной доказанности F₃ или F₄. Любого из этих фактов достаточно для вывода F₈, который обеспечивает выводимость F₉.

Рис. 19.

Дерево вывода с такими условиями переходов от вершины к вершине носит название И-ИЛИ дерева. В И-ИЛИ дереве ориентация дуг показывает направление вывода. Естественное разбиение вершин дерева по ярусам отражает глубину вывода (число шагов, необходимых для получения утверждений данного яруса). Первый ярус дерева образуют вершины (на рис. 19, а это вершины F₁, F₂, F₃, F₄), играющие роль аксиом или утверждений, истинность которых задается извне.

Схема вывода не обязательно описывается в виде дерева. Она может иметь вид произвольной сети, ориентированной, неориентированной или частично ориентированной. На рис. 19, б показан пример неориентированной сети. Такая сеть (наличие или отсутствие ориентации не играет здесь роли) называется И-ИЛИ сетью. Процесс вывода на И-ИЛИ сети протекает следующим образом. Пусть мы хотим доказать утверждение ?₆ (на рис. 19, б этому соответствует целевая вершина). В качестве априорно доказанного задано утверждение ?₁ (ему соответствует начальная вершина, которая на рис. 19, б заштрихована). Как из ?₁ можно получить ?₆? Если считать, что все связи допускают ориентацию в нужную сторону, то из ?₁ можно получить ?₃, затем ?₅ и, наконец, ?₆. Но этот путь нам удалось отыскать потому, что сеть, показанную на рис. 19, б, мы видим «с птичьего полета». Лабиринт поиска лежит в виде чертежа перед нами. Именно это позволяет нам не делать лишних попыток, не двигаться в ненужную сторону, а идти кратчайшим путем к цели.

Подобная ситуация приятна, но редко встречается в действительности. При решении любой задачи, даже если заранее известен ее ответ, к которому надо стремиться (для школьника эта ситуация с подглядыванием в ответ до решения задачи весьма типична), мы не видим перед собой полного лабиринта возможностей. Мы пытаемся построить этот лабиринт, видя лишь начальные «площадки лабиринта» и не зная, что лежит между ними и «целевыми площадками». В нашем примере мы стоим на начальной площадке, в вершине ?₁, и не знаем, куда идти. Мы делаем попытку перейти в ?₂ (т.е. вывести утверждение), но видим, что этого нельзя сделать. Тогда мы движемся в сторону утверждения ?₃ и обнаруживаем, что его доказательство возможно. Теперь в нашем распоряжении две площадки лабиринта: ?₁ и ?₃. Из ?₃ можно двигаться в четырех направлениях. Одно из них, ведущее назад к ?₁, интереса не представляет. Попытка продвинуться к ?₂ и ?₅ оказывается успешной. Возникает новый фронт достигнутых площадок (доказанных утверждений). Теперь его образуют ?₂, ?₃ и ?₅. Площадка ?₁ исключается из активного фронта, так как использованы все связи этой площадки с другими площадками лабиринта. На следующем шаге достигаются площадки ?₄ и ?₆. Наличие среди доказанных выражений целевого ?₆ позволяет завершить процесс доказательства. После этого можно произвести «чистку», в результате которой останется лишь тот путь, который кратчайшим образом приводит от начального утверждения ?₁ к целевому ?₆.

На примере мы описали процедуру, которая, как легко видеть, носит универсальный характер и пригодна для поиска пути вывода в лабиринтах произвольного типа. Эта процедура известна среди специалистов под названием метода прямой волны. Волна поиска путей к целевой площадке распространяется от всех площадок, играющих роль начальных.

Возможен и другой способ поиска доказательства. Он носит название метода обратной волны. В этом методе волна начинает свое движение от целевых площадок и движется в направлении начальных площадок лабиринта. Для нашего случая на первом шаге была бы порождена площадка, соответствующая ?₅, вслед за этим ?₃ и ?₁. На этом движение волны прекратилось бы, так как ее фронт достиг всех (в данном случае единственной ?₁) начальных площадок.

Различие между прямой и обратной волной состоит в том, что они порождают в процессе своего движения различные промежуточные «фронты» площадок, что приводит к различному числу шагов при поиске. Часто используется смешанный метод вывода, при котором одновременно движутся прямая и обратная волны. При встрече этих волн формируется путь вывода от начальных аксиом к целевым выражениям.

Несколько иной разновидностью схем вывода являются так называемые альтернативные деревья или альтернативные сети. В этих схемах выбор дальнейшего пути движения зависит от того, достигнут или не достигнут вывод некоторого выражения. Другими словами, попытки продвижения по лабиринту, которые мы демонстрировали на методе прямой волны при удачах и неудачах, могут влиять на стратегию дальнейшего движения. Такие схемы вывода мы более подробно рассмотрим в пятой главе. Здесь же лишь проиллюстрируем рассуждение такого типа на примере.

В знаменитом рассказе «Убийство на улице Морг» Эдгара По сыщик-любитель Огюст Дюпен помещает в газете объявление о находке орангутанга, который, по слухам, принадлежит матросу мальтийского корабля. На вопрос о причинах такого объявления Огюст Дюпен отвечает следующим образом:

«Но вот обрывок ленты, посмотрите, как она засалена, да и с виду напоминает те, какими матросы завязывают волосы. К тому же таким узлом мог завязать ее только моряк, скорее всего мальтиец. Я нашел эту ленту под громоотводом. Вряд ли она принадлежала одной из убитых женщин. Но даже если я ошибаюсь и хозяин ленты не мальтийский моряк, то нет большой беды в том, что я сослался на это в моём объявлении. Если я ошибся, матрос подумает, что кто-то ввел меня в заблуждение, и особенно задумываться тут не станет. Если же я прав, – это козырь в моих руках. Как очевидец, хоть и не соучастник убийства, француз, конечно, не раз подумает, прежде чем пойти по объявлению. Но вот он станет рассуждать: „Я не виновен, к тому же я человек бедный; орангутанг и вообще-то в большой цене, а для меня это целое состояние, зачем же терять его из-за пустой мнительности. Вот он, рядом, только руку протянуть. Его нашли в Булонском лесу, далеко от места, где произошло убийство. Никому в голову не придет, что такие страсти мог натворить дикий зверь. Полиции ввек не догадаться, как это случилось. Но хотя бы обезьяну и выследили – попробуй докажи, что я что-то знаю; а хоть бы и знал, я не виноват. Главное, кому-то я уже известен. В объявлении меня так и называют владельцем этой твари. Кто знает, что этому человеку еще про меня порассказали. Если я не приду за моей собственностью, а ведь она больших денег стоит, да известно, что хозяин – я, на обезьяну падет подозрение. А мне ни к чему навлекать подозрение, что на себя, что на эту бестию. Лучше уж явлюсь по объявлению, заберу орангутанга и спрячу, пока все не порастет травой“».

Читателю предлагается построить по этому тексту альтернативное дерево рассуждений владельца орангутанга.

И последнее замечание к тексту этой главы. Конечно, не надо считать дедуктивные схемы рассуждений панацеей для всех случаев. Метод, обычно приписываемый Шерлоку Холмсу, не всегда ведет к успеху.

Для многих читателей имя Шерлока Холмса навсегда связано с изяществом и неоспоримостью дедуктивного метода рассуждений. Но при внимательном чтении произведений Конан-Дойля легко обнаружить, что знаменитый сыщик пользовался не только дедуктивными рассуждениями. Шерлок Холмс никогда не забывал и об индукции.

Всякое порождение новой версии – это индуктивный шаг. Дедукцией является лишь обоснование выдвинутой версии. А выдвижение новых версий тесно связано с переходом от некоторых частных фактов к общим утверждениям относительно их, т.е. с правдоподобными рассуждениями. И настало время перейти к их обсуждению.