Введение

Формальная система логики
В математике и логике логика высшего порядка (сокращенно HOL) — это форма логики, отличающаяся от логики первого порядка наличием дополнительных кванторов и, иногда, более строгой семантикой. Логики высшего порядка со стандартной семантикой обладают большей выразительностью, но их свойства в отношении моделей менее предсказуемы, чем у логики первого порядка. Термин "логика высшего порядка" обычно используется для обозначения простой предикатной логики высшего порядка. Здесь "простая" указывает на то, что в основе лежит теория простых типов, также называемая простой теорией типов. Леон Чвистек и Фрэнк Рэмси предложили это как упрощение сложной и громоздкой разветвленной теории типов, представленной в Principia Mathematica Альфреда Норта Уайтхеда и Бертранда Рассела. Под "простыми типами" иногда также подразумевается исключение полиморфных и зависимых типов.

Область применения количественной оценки

Логика первого порядка квантифицирует только переменные, область значений которых – индивиды; логика второго порядка квантифицирует также множества; логика третьего порядка – множества множеств, и так далее. Логика высшего порядка является объединением логик первого, второго, третьего и n-го порядков; то есть логика высшего порядка допускает квантификацию по множествам, вложенным произвольной глубины.

Семантика

Существует две возможные семантики для логики высшего порядка. В стандартной, или полной семантике, кванторы над объектами более высоких типов варьируются по всем возможным объектам данного типа. Например, квантор над множествами индивидов варьируется по всему множеству степеней множества индивидов. Таким образом, в стандартной семантике, как только множество индивидов задано, этого достаточно для определения всех кванторов. HOL со стандартной семантикой более выразительна, чем логика первого порядка. Например, HOL допускает категорические аксиоматизации натуральных и действительных чисел, что невозможно в логике первого порядка. Однако, согласно результату Курта Гёделя, HOL со стандартной семантикой не имеет эффективного, корректного и полного исчисления доказательств. Модельно-теоретические свойства HOL со стандартной семантикой также сложнее, чем у логики первого порядка. Например, число Лёвенхайма логики второго порядка уже больше первого измеримого кардинала, если такой кардинал существует. Число Лёвенхайма логики первого порядка, напротив, равно ℵ₀, наименьшему бесконечному кардиналу. В семантике Хенкина для каждого типа высшего порядка в каждой интерпретации включается отдельная область. Таким образом, например, кванторы над множествами индивидов могут варьироваться только по подмножеству множества степеней множества индивидов. HOL с этой семантикой эквивалентен многосортированной логике первого порядка, а не является более сильным, чем логика первого порядка. В частности, HOL с семантикой Хенкина обладает всеми модельно-теоретическими свойствами логики первого порядка и имеет полную, корректную и эффективную систему доказательств, унаследованную от логики первого порядка.

Свойства

Логика высшего порядка включает в себя ответвления простой теории типов Черча и различные формы интуиционистской теории типов. Жерар Хюэ показал, что унификация неразрешима в варианте логики третьего порядка, основанном на теории типов, то есть не существует алгоритма, который мог бы определить, имеет ли решение произвольное уравнение между термами второго порядка (не говоря уже о произвольными термами более высокого порядка). Вплоть до определенного понятия изоморфизма, операция "power set" (множество всех подмножеств) определима в логике второго порядка. Используя это наблюдение, Яакко Хинтикка установил в 1955 году, что логика второго порядка может моделировать логику высшего порядка в том смысле, что для каждой формулы логики высшего порядка можно найти эквивалентную по выполнимости формулу в логике второго порядка. Термин "логика высшего порядка" в некоторых контекстах подразумевает классическую логику высшего порядка. Однако, модальная логика высшего порядка также изучалась. По мнению ряда логиков, онтологическое доказательство Гёделя лучше всего исследовать (с технической точки зрения) именно в таком контексте.