بند هورن

مثال على جملة هورن المحددة بصيغة الاستلزام

في المنطق الرياضي والبرمجة المنطقية ، تُعرف عبارة هورن بأنها صيغة منطقية ذات شكل يشبه القاعدة، مما يمنحها خصائص مفيدة للاستخدام في البرمجة المنطقية، والمواصفات الرسمية ، والجبر الشامل ، ونظرية النماذج . سُميت عبارات هورن نسبةً إلى عالم المنطق ألفريد هورن ، الذي أشار لأول مرة إلى أهميتها في عام 1951. [ 1 ]

تعريف

جملة هورن هي جملة انفصالية ( فصل بين حرفين ) تحتوي على حرف واحد إيجابي على الأكثر، أي غير منفي .

وعلى العكس من ذلك، فإن الفصل بين المتغيرات الحرفية مع متغير حرفي واحد منفي على الأكثر يسمى جملة هورن المزدوجة .

[ 2 ] جملة هورن التي تحتوي على متغير إيجابي واحد فقط هي جملة محددة أو جملة هورن صارمة ؛ [ 3 ] الجملة المحددة التي لا تحتوي على متغيرات سلبية هي جملة وحدة ؛ [4] جملة الوحدة التي لا تحتوي على متغيرات هي حقيقة ؛ [ 5 ] جملة هورن التي لا تحتوي على متغير إيجابي هي جملة هدف . الجملة الفارغة، التي لا تحتوي على أي متغيرات (وهي مكافئة لـ "خطأ" )، هي جملة هدف. يوضح المثال التالي هذه الأنواع الثلاثة من جمل هورن :

نوع جملة هورنصيغة الفصلصيغة الاستلزاماقرأ بشكل حدسي كما
جملة محددة¬ p ∨ ¬ q ∨ ... ∨ ¬ tuu ← ( pq ∧ ... ∧ t )بافتراض أنه إذا تحققت الشروط p و q و ... و t ، فإن الشرط u يتحقق أيضًا
حقيقةuuصحيحافترض أن u يحمل
بند الهدف¬ p ∨ ¬ q ∨ ... ∨ ¬ tخطأ ← ( pq ∧ ... ∧ t )أثبت أن p و q و ... و t كلها صحيحة [ 5 ]

تُحدد جميع المتغيرات في الجملة ضمنيًا بشكل شامل ، بحيث يكون نطاقها هو الجملة بأكملها. على سبيل المثال:

¬ إنسان ( X ) ∨ فانٍ ( X )

يرمز إلى:

∀X( ¬ إنسان ( X ) ∨ فانٍ ( X ) ),

وهو ما يعادل منطقياً ما يلي:

∀X ( إنسان ( X ) → فانٍ ( X ) ).

دلالة

تلعب عبارات هورن دورًا أساسيًا في المنطق البنائي والمنطق الحسابي . وهي مهمة في إثبات النظريات الآلي باستخدام الاستدلال من الدرجة الأولى ، لأن ناتج استدلال عبارتين من عبارات هورن هو عبارة هورن بحد ذاتها، وناتج استدلال عبارة الهدف وعبارة التحديد هو عبارة هدف. تُسهم هذه الخصائص لعبارات هورن في زيادة كفاءة إثبات النظرية: فعبارة الهدف هي نفي هذه النظرية؛ انظر عبارة الهدف في الجدول أعلاه. وبشكل بديهي، إذا أردنا إثبات φ، نفترض ¬φ (الهدف) ونتحقق مما إذا كان هذا الافتراض يؤدي إلى تناقض. إذا كان الأمر كذلك، فإن φ يجب أن تكون صحيحة. وبهذه الطريقة، لا تحتاج أداة الإثبات الآلية إلا إلى مجموعة واحدة من الصيغ (الافتراضات)، بدلًا من مجموعتين (الافتراضات والأهداف الفرعية).

تُعدّ عبارات هورن الافتراضية ذات أهمية في مجال التعقيد الحسابي . تُعرف مشكلة إيجاد قيم الصواب اللازمة لجعل اقتران عبارات هورن الافتراضية صحيحًا باسم HORNSAT . هذه المشكلة من فئة P-كاملة ، ويمكن حلها في زمن خطي . [ 6 ] في المقابل، تُعدّ مشكلة الإرضاء البولياني غير المقيد من فئة NP-كاملة .

في الجبر الشامل ، تُسمى عبارات هورن المحددة عمومًا شبه هويات ؛ وتُسمى فئات الجبر القابلة للتعريف بواسطة مجموعة من شبه الهويات شبه أصناف، وتتمتع ببعض الخصائص الجيدة للمفهوم الأكثر تقييدًا للصنف ، أي الفئة المعادلة. [ 7 ] من وجهة نظر نظرية النماذج، تُعد جمل هورن مهمة لأنها بالضبط (حتى التكافؤ المنطقي) تلك الجمل المحفوظة تحت الضرب المختزل ؛ وعلى وجه الخصوص، فهي محفوظة تحت الضرب المباشر . من ناحية أخرى، توجد جمل ليست من نوع هورن ولكنها مع ذلك محفوظة تحت أي ضرب مباشر. [ 8 ]

البرمجة المنطقية

تُعتبر عبارات هورن أيضًا أساسًا للبرمجة المنطقية ، حيث يشيع كتابة العبارات المحددة في شكل استلزام :

( pq ∧ ... ∧ t ) → u

في الواقع، إن حل عبارة الهدف مع عبارة محددة لإنتاج عبارة هدف جديدة هو أساس قاعدة الاستدلال لحل SLD ، المستخدمة في تنفيذ لغة البرمجة المنطقية Prolog .

في البرمجة المنطقية، تعمل العبارة المحددة كإجراء لاختزال الهدف. على سبيل المثال، تعمل عبارة هورن المكتوبة أعلاه كإجراء:

لإظهار u ، أظهر p وأظهر q و... وأظهر t .

وللتأكيد على هذا الاستخدام العكسي للعبارة، غالباً ما تُكتب بالشكل العكسي:

u ← ( pq ∧ ... ∧ t )

في لغة برولوج، يُكتب هذا على النحو التالي:

u :- p , q , ..., t .

في البرمجة المنطقية، عبارة الهدف، التي لها الشكل المنطقي

X ( خطأpq ∧ ... ∧ t )

يمثل هذا نفيًا لمشكلةٍ ما. أما المشكلة نفسها فهي عبارة عن اقتران كمي وجودي لقيم موجبة:

X ( pq ∧ ... ∧ t )

لا تحتوي صيغة لغة برولوج على محددات كمية صريحة، وتُكتب بالشكل التالي:

:- p , q , ..., t .

هذه الصيغة غامضة، إذ يمكن قراءتها إما كبيان للمشكلة أو كبيان لنفيها. ومع ذلك، كلا القراءتين صحيحتان. في كلتا الحالتين، يُختزل حل المشكلة إلى استنتاج العبارة الفارغة. في صيغة برولوج، يُكافئ هذا استنتاج:

:- حقيقي .

إذا فُسِّرَتْ عبارة الهدف الرئيسية على أنها نفي للمشكلة، فإن العبارة الفارغة تُمثِّل خطأً، وبرهان العبارة الفارغة يُفنِّد نفي المشكلة. أما إذا فُسِّرَتْ عبارة الهدف الرئيسية على أنها المشكلة نفسها، فإن العبارة الفارغة تُمثِّل صوابًا ، وبرهان العبارة الفارغة يُثبت أن للمشكلة حلًا.

يتمثل حل المشكلة في استبدال المصطلحات بالمتغيرات X في عبارة الهدف الرئيسية، والتي يمكن استخلاصها من برهان الاستدلال. عند استخدامها بهذه الطريقة، تُشبه عبارات الهدف الاستعلامات الاقترانية في قواعد البيانات العلائقية ، وتُعادل منطق عبارة هورن في القدرة الحسابية آلة تورينج العالمية .

درس فان إمدن وكوالسكي (1976) خصائص نظرية النماذج لعبارات هورن في سياق البرمجة المنطقية، موضحين أن لكل مجموعة من العبارات المحددة D نموذجًا أدنى فريدًا M. وتُستنتج الصيغة الذرية A منطقيًا من D إذا وفقط إذا كانت A صحيحة في M. ويترتب على ذلك أن المسألة P المُمثلة باقتران وجودي كمي من المتغيرات الموجبة تُستنتج منطقيًا من D إذا وفقط إذا كانت P صحيحة في M. وتُعد دلالات النموذج الأدنى لعبارات هورن أساسًا لدلالات النموذج المستقر للبرامج المنطقية. [ 9 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

مراجع