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.
In mathematics and logic, a higher order logic (abbreviated HOL) is a form of logic that is distinguished from first order logic by additional quantifiers and, sometimes, stronger semantics. Higher order logics with their standard semantics are more expressive, but their model theoretic properties are less well behaved than those of first order logic. The term "higher order logic" is commonly used to mean higher order simple predicate logic. Here "simple" indicates that the underlying type theory is the theory of simple types, also called the simple theory of types. Leon Chwistek and Frank P. Ramsey proposed this as a simplification of the complicated and clumsy ramified theory of types specified in the Principia Mathematica by Alfred North Whitehead and Bertrand Russell. Simple types is sometimes also meant to exclude polymorphic and dependent types.
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.