Krótko przejrzałem niektóre obszary tutaj, starając się skupić na pomysłach, które mogłyby spodobać się komuś z doświadczeniem w zaawansowanej logice matematycznej.
Teoria modeli skończonych
Najprostszym ograniczeniem klasycznej teorii modeli z punktu widzenia informatyki jest badanie struktur w skończonym wszechświecie. Struktury te występują w postaci relacyjnych baz danych, wykresów i innych obiektów kombinatorycznych pojawiających się wszędzie w informatyce. Pierwsza obserwacja jest taka, że kilka podstawowych twierdzeń teorii modeli pierwszego rzędu zawodzi, gdy ogranicza się do modeli skończonych. Należą do nich twierdzenie zwartości, twierdzenie o kompletności Godela i konstrukcje ultraproduktowe. Trakhtenbrot pokazał, że w przeciwieństwie do klasycznej logiki pierwszego rzędu, satysfakcja z modeli skończonych jest nierozstrzygalna.
Podstawowymi narzędziami w tym obszarze są miejscowość Hanf, miejscowość Gaifmana oraz liczne odmiany gier Ehrenfeucht-Fraisse. Badane tematy obejmują logikę nieskończoną, logikę z liczeniem, logikę punktu stałego itp. Zawsze ze szczególnym uwzględnieniem modeli skończonych. Trwają prace nad ekspresją w fragmentach logiki pierwszego rzędu o zmiennej skończonej i logiki te charakteryzują się poprzez gry żwirowe. Kolejnym kierunkiem dociekań jest identyfikacja właściwości klasycznej logiki, które przetrwają ograniczenie do modeli skończonych. Niedawny wynik Rossmana w tym kierunku pokazuje, że pewne twierdzenia o zachowaniu homomorfizmu nadal mają zastosowanie do modeli skończonych.
- Teoria modeli skończonych , Ebbinghaus i Flum
- Elementy teorii modeli skończonych , Libkin
- O zwycięskich strategiach w grach Ehrenfeucht-Fraisse , Arora i Fagin, 1997.
- Twierdzenia o zachowaniu homomorfizmu , Rossman
Zdanie rachunek różniczkowyμ
Linia prac z końca lat 60. pokazała, że liczne właściwości programów można wyrazić w rozszerzeniach logiki zdań, które wspierają rozumowanie na temat punktów stałych. Rachunek modalny jest jedną logiką opracowaną w tym okresie, która znalazła szeroki zakres zastosowań w zautomatyzowanych metodach formalnych. Wiele formalnych metod jest związanych z logiką czasową lub logiką typu Hoare'a i wiele z nich można rozpatrywać w kategoriach μ- rachunku różniczkowego. W rzeczywistości słyszałem, że powiedziano, że μ- calculus jest językiem asemblera logiki czasowej.μμμ
W swoim artykule wprowadzającym μ calculus Kozen dał aksjatyzację i tylko udowodnił, że jest solidny i kompletny dla ograniczonego fragmentu logiki. Dowód kompletności był jednym z wielkich otwartych problemów w logicznej informatyce, dopóki Walukiewicz nie podał dowodu (opartego na nieskończonych automatach). Modelowa teoria
rachunku ma wiele bogatych wyników. Podobnie jak twierdzenie van Benthema o logice modalnej, Janin i Walukiewicz udowodnili, że μ- rachunek jest wyraźnie równoważny bisimulacyjnemu niezmiennemu fragmentowi monadycznej logiki drugiego rzędu. μμμμ-kalkulus został również scharakteryzowany pod względem gier parzystości i automatów nad nieskończonymi drzewami. Problemem satysfakcji dla tej logiki jest WYŁĄCZENIE, a Emerson i Jutla wykazali, że logika ma właściwość małego modelu. Bradfield wykazał, że hierarchia przemian rachunku jest ścisła, podczas gdy Berwanger wykazał, że hierarchia zmiennych jest również ścisła. Ważnymi klasycznymi narzędziami stosowanymi w tym obszarze są twierdzenie Rabina i twierdzenie Martina.μ
- Wyniki na zdaniu calculusμ , Kozen, 1983
- Podstawy -calculusμ Arnold i Niwinski, 2001
- Kompletność aksomatyzacji Kozen'a twierdzenia
Calculusμ , Walukiewicz 1995
- Logika modalna i calculiμ , Bradfield i Stirling, 2001
- Modalna hierarchia przemian mu-rachunek jest ścisła , Bradfield, 1996
- Zmienna hierarchia rachunku mu jest ścisła , Berwanger, E. Grädel i G. Lenzi, 2005
Liniowa logika czasowa
Liniowa logika czasowa została przejęta z logiki filozoficznej do informatyki w celu uzasadnienia zachowania programów komputerowych. Uznano to za dobrą logikę, ponieważ może wyrażać właściwości takie jak niezmienność (brak błędów) i zakończenie. Teorię logiki czasowej opracowali Manna i Pnueli (i inni później) w swoich artykułach i książkach. Sprawdzenie modelu i problem satysfakcji dla LTL można rozwiązać zarówno za pomocą automatów, jak i nieskończonych słów.
Pnueli udowodnił także podstawowe rezolucje dotyczące LTL w swoim oryginalnym artykule, wprowadzając logikę rozumowania programów. Vardi i Wolper podali znacznie prostszą kompilację formuł LTL do automatów Buchi. Połączenie z logiką czasową doprowadziło do intensywnych badań algorytmów do wydajnego uzyskiwania automatów z LTL oraz do określania i uzupełniania automatów Buchi. Twierdzenie Kampa pokazuje, że LTL z od i doωμμ -calculus w czasie liniowym. W przeciwieństwie do modalnego odpowiednika, hierarchia naprzemiennej zmiany czasu ulega załamaniu na poziomie 2.
- Czasowa logika programów , Pnueli 1977
- From Church and Before to PSL , Vardi, 2008
- Automatyzowane teoretycznie podejście do liniowej logiki czasowej , Vardi i Wolper, 1986
- Temporalna logika układów reaktywnych i współbieżnych: specyfikacja , manna i pnueli
- Hierarchia Until i inne zastosowania gry Ehrenfeucht-Fraïssé dla logiki czasowej , Etessami i Wilke, 2000
Logika drzewa obliczeniowego
μ rachunku. Różnica między LTL i CTL skłoniła Emersona i Halperna do opracowania CTL *, który pozwala na rozumowanie zarówno właściwości stanów, jak i śladów.
Problem sprawdzania modelu CTL w strukturach skończonych dotyczy czasu wielomianowego. Problem sprawdzania modelu dla CTL * jest zakończony WYŁĄCZNIE. Aksjatyzacja CTL * była trudnym otwartym problemem, który ostatecznie został rozwiązany przez Reynoldsa 2001. Analogię twierdzenia van Benthem'a dla logiki modalnej i twierdzenia Kampa dla LTL podano dla CTL * przez twierdzenie Hafera i Thomasa wykazujące, że CTL * odpowiada fragment monadycznej logiki drugiego rzędu nad drzewami binarnymi. Późniejszą charakterystyką Hirschfelda i Rabinovicha jest to, że CTL * jest wyraźnie równoważny bisimulacyjnemu niezmiennemu fragmentowi MSO z kwantyfikacją ścieżki.
- „Czasami” i „nie nigdy” powrócono: na rozgałęzieniu w porównaniu z liniową logiką czasową , Emerson i Halpern, 1986
- O mocy ekspresyjnej CTL , Moller, Rabinovich, 1999
- Logika drzewa obliczeń CTL * i kwantyfikatory ścieżki w monadycznej teorii drzewa binarnego , Hafer i Thomas, 1987
- Aksjatyzacja pełnej logiki drzewa obliczeniowego , Reynolds, 2001
Języki nieskończonych słów
ω
ωωω-słowa. Co więcej, stosując elementarną topologię, wykazali, że każdą właściwość czasu liniowego można wyrazić jako przecięcie właściwości bezpieczeństwa i żywotności. Ten wynik ma znaczące praktyczne konsekwencje, ponieważ oznacza, że zamiast budować złożone kontrolery właściwości, wystarczy zbudować narzędzie sprawdzające bezpieczeństwo i kontrolę żywotności. Dalsza redukcja pokazuje, że wystarczy zbudować moduł sprawdzania niezmienności i moduł sprawdzania zakończenia. Charakterystyka bezpieczeństwa i żywotności została rozszerzona na drzewa przez Manoliosa i Treflera, a ostatnio na zestawy śladów, w ramach hiperpropozycji, przez Clarksona i Schneidera.
- Infinite Words: Automata, Semigroups, Logic and Games , Perrin and Pin, 2004
- ω
- ω , Bojanczyk, 2010
- O zgodności syntaktycznej dla ω — języków , Maler i Staiger, 1993
Automaty o nieskończonych słowach
Tam, gdzie są języki, informatycy będą mieli automaty. Wprowadź teorię automatów na nieskończone słowa i nieskończone drzewa. To bardzo smutne, że chociaż automaty nad nieskończonymi słowami pojawiły się w ciągu dwóch lat od automatów na słowach skończonych, ten podstawowy temat rzadko jest ujęty w standardowych programach komputerowych. Automaty nad nieskończonymi słowami i drzewami zapewniają bardzo solidne podejście do udowodnienia zadowalającej satysfakcji dla bardzo bogatej rodziny logiki.
ω
- Rozstrzygalność teorii drugiego rzędu i automatów na drzewach nieskończonych , Rabin, 1969
- Automaty o nieskończonych obiektach , Thomas, 1988
- Automaty: od logiki do algorytmów , Vardi, 2007
Nieskończone gry
Gry logiczne i nieskończone są aktywnym obszarem badań. Pojęcia teoretyczne gier pojawiają się w informatyce wszędzie w dualności między niedeterminizmem a równoległością (naprzemienność), programem i jego środowiskiem, uniwersalną i egzystencjalną kwantyfikacją, modalnością pudełkową i diamentową itp. Gry okazały się świetny sposób na badanie właściwości różnych typów logiki nieklasycznej wymienionych powyżej.
Podobnie jak w przypadku kryteriów akceptacji automatów, mamy różne warunki wygranej dla gier i wiele z nich może być równoważnych. Ponieważ pytałeś o klasyczne wyniki, twierdzenie Borela o determinacji i gry Gale-Stewarta często leżą dyskretnie na tle kilku badanych modeli gier. Jednym z palących pytań naszych czasów była złożoność rozwiązywania gier parzystości. Jurdziński podał algorytm doskonalenia strategii i wykazał, że decyzja o zwycięstwie leży na przecięciu klas złożoności UP i coUP. Dokładna złożoność algorytmu Juryńskiego była otwarta, dopóki Friedmann nie wyznaczył jej dolnej granicy czasu wykładniczego w 2009 roku.
- Zwycięzca w grach parzystości jest w UP ∩ co-UP , Jurdziński, 1998
- Gry dla rachunku μ , Niwinski i Walukiewicz, 1996
- Wykładnicza dolna granica dla algorytmu poprawy strategii gry parzystości, jaką znamy , Friedmann, 2009