Algebrai logika. Boole az algebrai logika
tudományág atyjának tekinthető. A mai értelemben vett algebrai
logika a matematikának az absztrakt algebra és a matematikai logika
határterületén létező területe. A kutatási tevékenység itt abban
áll, hogy logikai problémákat lefordítanak absztrakt algebrai
problémákká, ezeket az algebrai problémákat igyekeznek az algebrában
megoldani, majd a megoldást visszafordítani logikára. De a
tevékenység fordítottjára is találunk példát. A modern értelemben
vett algebrai logikáról attól fogva beszélhetünk, hogy Alfred
Tarski, a híres matematikus és logicista a 40-es években bevezette a
relációalgebra, valamint a cilindrikus algebra axiomatikus fogalmát.
Ezzel együtt kezdeményezte a matematikai logikai fogalmak absztrakt
algebrai (univerzális algebrai) kapcsolatainak vizsgálatát.
Az algebrai logika alapjait a Boole-algebrák
képezik. A Boole-algebrák úgy viszonyulnak az állításlogikához
(„nulladrendű” logikához), ahogyan a cilindrikus algebrák
viszonyulnak az elsőrendű logikához. Az elsőrendű logika
algebraizációja kutatásának másik iránya a relációalgebrák
vizsgálata. A Tarski-féle definíciót megelőzték de Morgan, Peirce és
Ernst Schröder vizsgálatai a 19. században.
Az algebrai logikai kutatásra Tarski
kutatócsoportot hozott létre a Berkeley Egyetemen olyan híres
matematikusokkal, mint Leon Henkin, J. Donald Monk vagy Steve
Givant. A csoport kutatásainak eredményeként átfogó monográfia
jelent meg a cilindrikus algebrákról (Henkin et al., 1971–198). Az
algebrai logika, csakúgy, mint sok más határterületen létező
matematikai diszciplína, igen megtermékenyítőnek bizonyult a
matematikai logikára és az univerzális algebrára nézve is. Szerte a
világon az algebrai logika további fontos iskolái tűntek fel.
A hazai tudományban mind a matematikai logikai
kutatásoknak (például Péter Rózsa, Kalmár László, Ruzsa Imre), mind
az univerzális algebrai kutatásoknak (pl. Grätzer György, Schmidt
Tamás, Csákány Béla) mélyek a hagyományai. Ezért nem előzmény
nélküli, hogy létrejött itthon is egy nemzetközi hírű algebrai
logikai iskola, amelyet többek között Andréka Hajnal, Németi István,
vagy Sain Ildikó neve fémjelez (Henkin et al., 1981; Andréka et al.,
2013). A magyar származású Paul Halmos pedig még az 50-es években
kidolgozta a poliadikus algebrák elméletét (Halmos, 1962).
Ami speciálisan a Boole-algebrákat illeti, az
azokkal kapcsolatos jelentős monográfiát adott közre Georg David
Birkhoff 1940-ben, később pedig Roman Sikorski 1960-ban (Birkhoff,
1940; Sikorski, 1960). Jelentős eredményeket értek el például
Marschall Stone, Bjarni Jonsson, Alfred Tarski, Dana Scott, Paul
Cohen. Stone igazolta a Boole-algebrák híres reprezentációtételét,
azt, hogy minden Boole-algebra izomorf valamely halmazalgebrával.
Tévedés azt hinni, hogy a Boole-algebrák kutatása ma már lezárt
terület. Számos új eredményt, könyvet publikáltak Boole-algebrákról
az utóbbi évtizedekben is.
Számítástudomány, matematikai logika. Általában nem
Boole munkásságától fogva beszélünk matematikai logikáról. Boole a
logikatudomány akkor még meglévő hézagait az algebra eszközeivel
kísérelte meg áthidalni. A matematikai logika létrejöttét csak a 19.
sz. végéhez, Gottlob Frege (1848−1925) nevéhez, a modern
bizonyításelmélet megszületéséhez szokták kötni. Boole-nak azonban
elévülhetetlen szerepe volt a matematikai logika létrejöttében is. A
későbbi matematikai logika már része lesz a matematikának, sőt a 20.
század utolsó harmadára jelentős hányadban alkalmazott matematikává
vált. A logika tehát filozofáló logikából (filozófiai logikából)
matematikává, sőt alkalmazott matematikává vált – és Boole-nak
jelentős hatása volt erre a nagyívű folyamatra.
E folyamatban fontos szerepet játszott a nagy
teljesítményű elektronikus számítógépek megjelenése és az elméleti
számítástudomány létrejötte. Gyorsan fejlődött a mérnöki tudomány,
az elektronika, másrészt, főleg Alan Turing munkássága révén,
bekerült a tudományos köztudatba az univerzális számítógép fogalma,
amelyet rövidesen meg is építettek. Az „ideális” számítógép
működésének elméleti alapjává pedig a logika vált. Elmondhatjuk,
hogy az elméleti számítástudomány „nyelve” a logika. Boole egyik
fontos előmozdítója volt annak a folyamatnak, amelynél a matematika
a „mennyiségek tudományából” átfogó, univerzális tudománnyá vált.
Párhuzamba állíthatjuk ezzel azt a folyamatot, amelynél a
számológépből (csupán numerikus számításokra tervezett gépből),
számítógép vált, sőt „univerzális számítógép”.
Sok síkon jött létre a logika és a számítástudomány
interakciója. Elkezdődött egy tendencia, hogy bizonyos logikai
nyelveket, logikákat programozási nyelvként használjanak. Az
elsőrendű logika, pontosabban egy részének programozási nyelvként
való használatával foglalkozik a logikai programozás, míg a
(Church-féle) lambda-kalkulus programozási nyelvként használatából
nőtt ki a funkcionális programozás. Fordítva, az eredetileg
programozási nyelvek is indukáltak logikákat, ilyenek például a
programozási logikák. Fontos szerepet töltenek be a metanyelvek,
ahol új jelenség, hogy metanyelvek is lehetnek formális nyelvek.
Ennek a programhelyesség verifikációja területén van fontos szerepe.
Míg nemklasszikus logikákkal, logikai modellalkotással régebben
főleg a filozófiai logika foglalkozott, ez a
mesterségesintelligencia-kutatásoknak lett tárgya. Lényegessé váltak
a különböző modális logikák, a temporális logika, a dinamikus logika
stb., amelyek egy-egy fontos szituációt modelleznek, például a
robotikában. Kiderült, hogy a rekurzív függvények klasszikus
elmélete nélkülözhetetlen a magas szintű programozásban, sőt
bizonyos értelemben ez az elmélet ekvivalense az univerzális gépek
elméletének. Döntő kérdéssé vált az egyes algoritmusok sebessége,
létrejött az algoritmuselmélet, és annak fontos része, a
bonyolultságelmélet. Igazolódott, hogy a fontosabb bonyolultsági
osztályok logikai problémákkal reprezentálhatóak. Elkezdődött a gépi
bizonyítások (automatikus bizonyítások) és a gépi tanulás
elméletének kutatása. Megjelentek a logikai módszerek az
adatbázis-elméletben is, például bizonyos lekérdező nyelvek
elemzése. A fenti folyamat oda vezetett, hogy a matematikai logika
bizonyos fejezetei önállósodtak, külön tudományággá terebélyesedtek,
így jött létre például a formális nyelvek elmélete vagy a
mesterséges intelligencia logikák területe.
Számos nagy tudós munkássága játszott közre abban,
hogy a fenti interakció létrejöhetett a számítástudomány és a logika
között, ilyenek Gottfried Leibniz, Frege, David Hilbert, Kurt Gödel,
Tarski, Turing, Alonzo Church és nem utolsósorban George Boole.
Amely területekre Boole munkássága sajnálatosan
kevés hatással volt. Az egyik ilyen terület a valószínűség-számítás.
Boole előfutára volt a valószínűség-számítás ma legelterjedtebb
modelljének. Boole is halmazokhoz rendelt valószínűségeket, csakúgy,
mint a Kolmogorov-féle modell több mint 80 évvel később. Annak
ellenére, hogy Boole nagy jelentőséget tulajdonított ezzel
kapcsolatos munkáinak, ezirányú munkássága kevés visszhangra talált
az utókornál. A másik terület egy filozófiai iskola, a logikai
pozitivizmus (a Bécsi kör, melyet többek között Moritz Schlick,
Rudolf Carnap, Kurt Gödel neve fémjelez). Boole-nál ugyanis már
megtalálható a pozitivizmus számos alapelve: a logikus gondolkodás
erejének tisztelete, a formalizálás igénye, és az ezeknek
tulajdonított kissé idealista, sőt utópisztikus várakozások is.
Néhány Boole-lal kapcsolatos vélekedés cáfolata
• A logika matematizálásának gondolata nem
Boole-tól ered, hanem Leibniztől.
• A matematikai logika tudományának létrejöttét
általában nem Boole munkásságától számítjuk (hanem Frege-étől).
• Az axiomatikus Boole-algebra (absztrakt
Boole-algebra) fogalmát nem Boole vezette be, csak róla nevezték el
(Edward V. Huntingtontól ered, 1904).
• Boole ugyan halmazalgebrákat vezetett be, de nem
a mai értelemben vett (Boole-) halmazalgebrákat (lásd Hailperin,
2000).
• Boole nem gondolt algebráinak alkalmazhatóságára
a számítógépek építésénél (ez a gondolat körülbelül száz évvel
később merült csak fel Shannonban és a szovjet Sesztakovban).
• Boole nem csak az arisztotelészi logikával
foglalkozott (hanem például sokat foglalkozott valószínűségi
logikával is).
• A valószínűség-számítás korszerű, 20. századi
modellje nem volt előzmények nélküli, hanem Boole munkásságától
származtatható (Boole rendelte a valószínűségeket először
halmazokhoz).
• Boole nemcsak a logikában alkotott nagyot, hanem
a szűkebb értelemben vett matematikában is (a
differenciálegyenletek, vagy például a variációszámítás területén).
• Boole elismertsége nem volt töretlen, munkássága
kb. nyolcvan évig szinte feledésbe merült (Shannon és Sesztakov
voltak azok, akik „újból” felfedezték).
• A Boole-algebrák kutatása ma sem lezárt terület,
számos nehéz, nyitott probléma található itt.
Boole, a polihisztor
Boole életműve zsenialitásán kívül abban is gyökerezik, hogy igazi
polihisztor volt. Rendkívüli tájékozottság jellemezte a
természettudományokban, a logikában, a filozófiában, a nyelvek terén
és természetesen a matematikában. Említettük, hogy matematikai
tudását autodidakta módon szerezte, diplomája nem volt. A
természettudományokon belül elsősorban a fizika érdekelte. Jól
ismerte a filozófia és a logika klasszikusait, például Spinozát,
Samuel Clarke-ot, Arisztotelészt. Latin és görög műveltséggel
rendelkezett, kiválóan ismerte is ezeket a nyelveket. Mélyen hitt az
emberi szellem erejében, szenvedélyesen érdekelte az emberi
gondolkodás és annak törvényszerűségei. Nagyra tartotta a
kreativitást, és éppen azért tartotta fontosnak a logika bizonyos
sematikus részei kezelésének technikáját, mert úgy vélte, ez is
tehermentesíti a kreatív emberi agyat. Színezte Boole személyiségét,
hogy vonzották a művészetek is: zongorázott, kedvelte a költészetet,
a szépirodalmat, valamint fantáziát látott a művészi fotózásban is.
Szociális érzékenységére jellemző, hogy fiatal korában
menedékotthont alapított rászorultak részére.
Gondolkodását csak elmélyültebbé tette, hogy egész
életében tanított. Igyekezett továbbadni azokat a legfontosabb
értékeket, amelyekben hitt: a nyitottságot az újra, a
sokoldalúságot, a gondolkodni tudás képességét. Elítélte a
lélektelen magolást. Fontosnak tartotta az ember egészének
nevelését, így például a testedzésre is súlyt helyezett. Nevelési
elvei korában nem voltak átlagosak. Ezeket az Essay on Education
című művében foglalta össze. George Boole példaképe lehetne minden
ma élő tudósnak.
Kulcsszavak: Boole-algebra, algebrai logika, logikai áramkörök,
Boole-háló, Boole-gyűrű, cilindrikus algebra, logika alkalmazása
IRODALOM
Andréka Hajnal – Ferenczi M. – Németi I.
(eds.) (2013): Cylindric-like Algebras and Algebraic Logic, Springer
Birkhoff, Garrett (1940): Lattice Theory.
American Mathematical Society, New York
Burris, S. (2015) George Boole and Boolean
algebras. Newsletter of the Europian Mathematical Society. 98,
27–31.•
WEBCÍM
Czédli Gábor (1995): Boole-függvények –
Polygon jegyzet. (Polygon Könyvtár) Typotex, Budapest
Davis, Martin (2000): The Universal
Computer. Norton, New York–London
Hailperin, Theodore (1986): Boole’s
Logic and Probability. 2nd ed., North Holland, Amsterdam
Hailperin, Theodore (2000): Boole’s
Algebra Isn’t Boolean Algebra. In: A Boole Anthology. (Synthese
Library 291) 61–78.
Halmos, P. R. (1962): Algebraic Logic.
Chelsea Pub. Co.
Halpern, Joseph Y. – Harper, R. –
Immermann, N. – Kolaitis, P. G. – Vardy, M. Y. – Vianu, V. (2001):
On the unusual effectiveness of logic in computer science. The
Bulletin of Symbolic Logic. 2, 7, 213–236. •
WEBCÍM
Henkin, Leon – Monk, J. D. – Tarski, A.
(1971–1985): Cylindric Algebras, I–II. North Holland, Amsterdam
Henkin, Leon – Monk, J. D. – Tarski, A. –
Andréka H. – Németi I. (1981): Cylindric Set Algebras. Springer
Huntington, Edward V. (1904): Sets of
Independent Postulates for the Algebra of Logic. Transaction of the
American Mathematical Society. 5, 3, 288–309. •
WEBCÍM
Monk, J. Donald (1989): Handbook of
Boolean Algebras, 1–3. North Holland, Amsterdam
Ruzsa Imre - Máté András (1997): Bevezetés
a modern logikába. Osiris, Budapest
Sikorski, Roman (1960): Boolean Algebras.
Springer
LÁBJEGYZETEK
1 Az elnevezés Henry M.
Shaffer-től ered, 1913.
<
2 Az idempotencia az x2=x
tulajdonság elnevezése.
<
|